半导体物理与器件第7章到第13章名词解释
1、Abrupt junction approximation （突变结近似）
The assumption that there is an abrupt discontinuity in space charge density between the space charge region and neutral semiconductor region.
认为从中性半导体区到空间电荷区的空间电荷密度有一个突然的不连续。
2、Depletion layer approximation （耗尽层近似）
The number of carriers is almost zero due to the strong built-in electric field in the space charge region, that the charge in the space charge region is almost completely provided ionized impurity, this space charge region is called depletion layer.
由于空间电荷区较强的内建电场，载流子的数量几乎为零，因此可以认为空间电荷区中的电荷几乎完全是由电离杂质所提供的，这种空间电荷区就称为耗尽层。
3、Built-in electric field （内建电场）
An electric field due to the separation of positive and negative space charge densities in the depletion region.
由于耗尽区正负空间电荷相互分离而形成的电场。
4、Built-in potential harrier （内建电势差）
The electrostatic potential difference between the p and n regions of a pn junction in thermal equilibrium.
热平衡状态下pn结内p区与n区的静电电势差。
5、Depletion region/space charge region/barrier region （耗尽区，空间电荷区，势垒区）
The region on either side of the metallurgical junction in which there is a net charge density due to ionized donors in the n-region and ionized acceptors in the p region.
冶金结两侧由于n区内施主电离和p区内受主电离而形成的带净正电与负电的区域。
详：pn结界面两侧半导体中的载流子由于存在浓度差梯度而互相向对方区域扩散，在pn结界面附近n区与p区分别留下了不可动的电离施主和电离受主杂质离子，分别带有正负电荷，形成空间电荷区，在该区域中建立有电场，形成电位差，产生相应的势垒，因此pn结空间电荷区又称为pn结势垒区，在势垒区中载流子浓度趋于0，即载流子基本“耗尽”，因此又称为“耗尽层”。
6、Depletion layer capacitance / junction capacitance/barrier capacitance（耗尽层电容，结电容，势垒电容）
The capacitance of the pn junction under reverse bias.
反向偏置下，pn结的电容。
7、Diffusion capacitance （扩散电容）
The capacitance of a forward-biased pn junction due to minority carrier storage effects.
正偏pn结内由于少子的存储效应而形成的电容。
详：对于正偏pn结，当外加偏压增加时，注入n区的空穴增加，在n区的空穴扩散区内形成空穴积累，为保持电中性条件，扩散区内电子浓度也相应增加，电子注入p区情形类似。这种扩散区中的电荷随外加偏压变化而变化所产生的电荷存储效应等效为电容，称为扩散电容。
8、Diffusion conductance （扩散电导）
The ratio of a low-frequency, small-signal sinusoidal current to voltage in a
forward-biased pn junction.
正偏pn结的低频小信号正弦电流与电压的比值。
9、Diffusion resistance （扩散电阻）
The inverse of diffusion conductance. The ratio of a low-frequency, small-signal sinusoidal voltage to current in a forward-biased pn junction.
扩散电导的倒数。正偏pn结的低频小信号正弦电压与电流的比值。
10、Space charge width （空间电荷区宽度）
The width of the space charge region, a function of doping concentrations and applied voltage.
空间电荷区延伸到p区与n区内的距离，它是掺杂浓度与外加电压的函数。
11、Hyperabrupt junction （超突变结）
A pn junction in which the doping concentration on one side decreases away from the metallurgical junction to achieve n specific capacitance-voltage characteristic.
一种为了实现特殊电容—电压特性而进行冶金结处高掺杂的pn结，其特点为pn结一侧的掺杂浓度由冶金结处开始下降。
12、Linearly graded junction （线性缓变结）
A pn junction in which the doping concentrations on either side of the metallurgical junction are approximated by a linear distribution.
冶金结两侧的掺杂浓度可以由线性分布近似的pn结。
13、Metallurgical junction （冶金结）
The interface between the p- and n-doped regions of a pn junction.
pn结内p型掺杂与n型掺杂的分界面。
14、One-sided junction （单边突变结）
A pn junction in which one side of the junction is much more heavily doped than the adjacent/other side.
冶金结一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的pn结。
详：若pn结面两侧为均匀掺杂，即由浓度分别为N_A和N_D的p型半导体和n型半导体组成的pn结，称为突变结。若一边掺杂浓度远大于另一边掺杂浓度，即N_A>>N_D或N_A< 15、Varactor diode （变容二极管） A diode whose reactance can be varied in a controlled manner with bias voltage. 电容随着外加电压的改变而改变的二极管。 16、Avalanche breakdown （雪崩击穿） The process whereby a large reverse-bias pn junction current is created due to the generation of electron-hole pairs by the collision of electrons and/or holes with atomic electrons within the space charge region. 电子和（或）空穴穿越空间电荷区时，与空间电荷区内原子的电子发生碰撞产生电子—空穴对，在pn结内形成一股很大的反偏电流，这个过程就称为雪崩击穿。 详：在反向偏置时，势垒区中电场较强。随着反向偏压的增加，势垒区中电场会变得很强，使得电子和空穴在如此强的电场加速作用下具有足够大的动能，以至于它们与势垒区内原子发生碰撞时能把价键上的电子碰撞出来成为导电电子，同时产生一个空穴，新产生的电子、空穴在强电场加速作用下又会与晶格原子碰撞轰击出新的导电电子和空穴……，如此连锁反应好比雪崩一样。这种载流子数 迅速增加的现象称为倍增效应。如果电压增加到一定值引起倍增电流趋于无穷大，这种现象叫雪崩击穿。 17、Tunnel breakdown （隧道击穿/齐纳击穿） Maybe top of the valence band of the p region is higher than the bottom of conduction band of the n region with the reverse bias voltage increases in heavily doped pn junction. The electrons in valence band of the p region can directly reach the conduction band of the n region through the band gap by tunnel effect, to become the carrier in the conduction band. When the reverse bias voltage at the junction increases to a certain extent, tunneling current will sharply increase, showing breakdown, called tunneling breakdown, also known as Zener breakdown. 对重掺杂pn结，随着反偏电压增大，可能使p区价带顶高于n区导带底，p 区价带的电子可以通过隧道效应直接穿过禁带到达n区导带，成为导带载流子。当结上反偏电压增大到一定程度，将使隧穿电流急剧增加，呈现击穿现象，称为隧道击穿，又称为齐纳击穿。 18、Carrier injection （载流子注入） The flow of carriers across the space charge region of a pn junction when a voltage is applied. 外加偏压时，pn结体内载流子穿过空间电荷区进入p区或n区的过程。 19、Critical electric field （临界电场） The peak electric field in the space charge region at breakdown. 发生击穿时pn结空间电荷区的最大电场强度。 20、Forward bias （正偏） The condition in which a positive voltage is applied to the p region with respect to the n region of a pn junction so that the potential barrier between the two regions is lowered below the thermal-equilibrium value. p区相对于n区加正电压。此时结两侧的电势差要低于热平衡时的值。 21、Reverse bias （反偏） The condition in which a positive voltage is applied to the n region with respect to the p region of a pn junction so that the potential barrier between the two regions increases above the thermal-equilibrium built-in potential barrier. pn结的n区相对于p区加正电压，从而使p区与n区之间势垒的大小超过热平衡状态时势垒的大小。 22、Generation current （产生电流） The reverse-bias pn junction current produced by the thermal generation of electron-hole pairs within the space charge region. pn结空间电荷区内由于电子—空穴对热产生效应形成的反偏电流。 23、“long”diode （长二极管） A pn junction diode in which both the neutral p and n regions are long compared with the respective minority carrier diffusion length. 电中性p区与n区的长度大于少子扩散长度的二极管。 24、“short”diode （短二极管） A pn junction diode in which at least one of the neutral p or n regions is short compared to the respective minority carrier diffusion length. 电中性p区与n区中至少有一个的长度小于少子扩散长度的pn结二极管。 25、Recombination current （复合电流） The forward-bias pn junction current produced as a result of the how of electrons and holes that recombine within the space charge region. 穿越空间电荷区时发生复合的电子与空穴所产生的正偏pn结电流。 26、Reverse saturation current （反向饱和电流） The ideal reverse-bias current in a pn junction. pn结体内的理想反向电流。 27、Storage time （存储时间） The time required for the excess minority carrier concentrations at the space charge edge to go from their steady-state values to zero when the diode is switched forward to reverse bias. 当pn结二极管由正偏变为反偏时，空间电荷区边缘的过剩少子浓度由稳态值变为零所用的时间。 28、反型异质结：掺杂剂在冶金结处变化的异质结。 29、同型异质结：掺杂剂在冶金结处不变的异质结。 30、电子亲和规则：在一个理想的异质结中，导带处的不连续性是由于两种半导体材料的电子亲和能不同引起的。 31、异质结：两种不同的半导体材料接触形成的结。 32、肖特基效应（镜像力降低效应）：由于电场引起的金属—半导体接触处势垒峰值降低的现象。 33、欧姆接触：金属—半导体接触电阻很低，且在结两边都能形成电流的非整流接触。 34、肖特基接触：金属—半导体的整流接触。 35、肖特基势垒高度：金属—半导体结中从金属到半导体的势垒。 36、热电子发射效应：载流子具有足够的热能时，电荷流过势垒的过程。 37、二维电子气（2—DEG）：电子堆积在异质结表面的势阱中，在与表面垂直的方向上有量子化能级。 38、功函数：真空中静止电子的能量E0与费米能级EF之差。 39、电子亲和能：使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。 40、金属—半导体功函数差：金属功函数和电子亲和能之差的函数。 41、Transistor leakage current I_CEO（晶体管漏电流I_CEO） Base is open, applied the reverse DC voltage of determined value at both ends of the collector - emitter, the detected current I_CEO is the reverse leakage current of the measured transistor. 基极开路，在集电极—发射极两端加一定值反向直流电压，此时检测到的电流，即为被测晶体管的反向漏电流I_CEO。 42、Transistor saturation voltage V_CES （晶体管饱和压降V_CES） When the two junctions of the transistor (collector junction emitter junction) in the forward bias, is called the transistor is saturated. At this moment, the voltage drop because of the obstruction of Collector junction to current, is called the reverse saturation voltage, denoted V_CES 当晶体管的两个结（集电结、发射结）都处于正偏时，则称此晶体管处于饱和状态，此时，由于集电结对电流的阻碍而产生的电压降，称为反向饱和压降，记为V_CES。 43、Bandgap narrowing （禁带变窄） The reduction in the forbidden energy bandgap with high emitter doping concentration. 随着发射区重掺杂，禁带的宽度减小。 44、High injection （大注入） If the injected non-equilibrium minority carrier concentration is comparable to or even greater than the equilibrium majority carrier concentration, it is called high injection. 如果注入的非平衡少数载流子浓度与平衡多子浓度相比拟甚至大于平衡多子浓度，称为大注入。 45、Low injection （小注入） If the injected non-equilibrium minority carrier concentration is far less than the equilibrium majority carrier concentration, it is called low injection. 如果注入的非平衡少数载流子浓度远小于平衡多子浓度的情况称为小注入。 46、Small-signal （小信号） The signal amplitude is low, and meets the condition V<<（Kt/q）=26mv 信号幅度很小，满足条件V<<（Kt/q）=26mv 47、Common-base current gain （共基极电流增益） The ratio of collector current to emitter current. 集电极电流与发射极电流之比。 48、Common- emitter current gain （共发射极电流增益） The ratio of collector current to base current. 集电极电流与基极电流之比。 49、Base transport factor （基区输运系数） The factor in the common-base current gain that accounts for recombination in the neutral base width. 共基极电流增益中的一个系数，体现了中性基区中载流子的复合。 50、Emitter injection efficiency factor （发射极注入效率系数） The factor in the common-base current gain that takes into account the injection of carriers from the base into the emitter. 共基极电流增益的一个系数，描述了载流子从基区向发射区的注入。 51、Base Gummel number （基区Gummel 数） The total majority carrier charge corresponding to the unit junction area in the base and is known as the base Gummel number; defined as Q_B, Q_B=∫_0^(W_B)?〖N_B (x)〗dx与单位结面积对应的基区中掺杂总数称为基区的Gummel数，定义为Q_B, Q_B=∫_0^(W_B)?〖N_B (x)〗dx 52、Base width modulation, early effect （基区宽度调制效应/基区宽变效应/厄尔利效应） The change in the neutral base width with C-E or C-B voltage. 随C-E结电压或C-B结电压的变化中性基区宽度的变化。 例：集电结反偏电压绝对值越大，集电结空间电荷区也越宽，则空间电荷区深入到基区的部分也越宽。这样将导致有效基区宽度减小。 53、Base broadening effect （基区展宽效应/ Kirk效应） The occurring phenomenon when the base width of bipolar Junction Transistor is high current, is known as the base region broadening effect, also known as the Kirk effect. BJT的基区宽度在大电流时发生展宽的现象，即称为基区展宽效应，也称为Kirk 效应。 详：对于一般放大工作的npn-BJT，由于集电结加有反向电压，则在基区尾部、靠近集电结势垒边缘处的电子(少子)被抽出、使得该处的电子浓度为0。但是如果是在大电流工作时，由于注入的电子浓度很大，所以这时在基区尾部、集电结势垒边缘处，电子(少子)浓度实际上并不为0。在这种情况下，电子在中性基区内虽然被空穴所中和，但电子在进入到集电结耗尽层内后却增加了耗尽层中的负电荷，从而在集电结电压不变时，就将使得集电结的负空间电荷层变窄(正空间电荷层相应变宽)，这就导致基区变宽。进一步，若集电极电流密度Jc增大到Jc/(qvs)>Nc时（Nc是集电区的掺杂浓度），则集电结的负空间电荷层将推移到集电区内，即中性基区进一步展宽到集电区，这就是产生了Kirk效应——基区展宽效应。 54、Early voltage （厄尔利电压） The value of voltage (magnitude) at the intercept on the voltage axis obtained by extrapolating the I_C versus V_CE curves to zero current. 反向延长晶体管的I-V特性曲线与电压轴交点的电压的绝对值。 55、Base region self-bias effect（基区自偏压效应） The base region current flows level through the base region, produces voltage drop in the active region, let the potential close to the base-bar and the potential away from the base-bar are not equal. And emitting region doping concentration is high, the potential is equal, so that the E-B junction voltage drop is not equal, this effect is caused by the active base region resistance r_b1, called base region self-bias effect 基区电流水平流过基区，在有源区上产生压降，使靠近基极条处的电势与远离基极条处的电势不相等，而发射区掺杂浓度较高，电势相等，从而使E-B结上压降不相等，这种效应是由有源基区电阻r_b1引起的，称为基区自偏压效应。56、Current crowding （电流集边） The nonuniform current density across the emitter junction areacreated by a lateral voltage drop in the base region due to a finite base current and base resistance. 基极串联电阻的横向压降使得发射结电流为非均匀值。 详：由于基区电阻导致基区自偏压效应，发射结而上不同位置的结压降不相等，离基极近的部分结压降大，注入的电流密度大。而离基极远的部分结压降小，注入的电流密度小。如果情况严重，这一部分结面甚至没有电流注入，使发射结电流集中位于离基极近的发射结边缘处，这一现象称为发射极电流集边效应。57、Cutoff （截止） The bias condition in which zero- or reverse-bias voltages are applied to both transistor junctions, resulting in zero transistor currents. 晶体管两个结均加零偏或反偏时，晶体管电流为零的工作状态。 58、Cutoff frequency （截止频率/特征频率f_T） The frequency at which the magnitude of the common emitter current gain is unity. 共发射极电流增益的幅值为1时的频率。 59、Alpha cutoff frequency （α截止频率） The frequency at which the magnitude of the common-base current gain is 1/√2 of its low-frequency value; also equal to the cutoff frequency. 共基极电流增益幅值变为其低频值的1/√2时的频率，就是截止频率。 60、Beta cutoff frequency （β截止频率） The frequency at which the magnitude of the common emitter current gain is 1/√2 of its low-frequency value. 共发射极电流增益幅值下降到其低频值的1/√2时的频率。 61、Base transit time （基区渡越时间） The time that it takes a minority carrier to cross the neutral base region. 少子通过中性基区所用的时间。 62、Collector depletion region transit time （集电极耗尽区渡越时间） The time that it takes a carrier to be swept across the B-C space charge region. 载流子被扫过B-C结空间电荷区所需的时间。 63、Collector capacitance charging time （集电极电容充电时间） The time constant that describes the time required for the B-C and collector-substrate space charge widths to change with a change in emitter current. 随发射极电流变化，B-C结空间电荷区和集电区—衬底结空间电荷区宽度发生变化的时间常数。 64、Emitter-base junction capacitance charging time （E-B结电容充电时间） The time constant describing the time for the B-E space charge width to change with a change in emitter current. 发射极电流的变化引起B-E结空间电荷区宽度变化所需要的时间。 65、Forward-active （正向有源） The bias condition in which the B-E junction is forward biased and the B-C junction is reverse biased. B-E结正偏，B-C结反偏时的工作模式。 66、Inverse-active （反向有源） The bias condition in which the B-E junction is reverse biased and the B-C junction is forward biased. B-E结反偏，B-C结正偏时的工作模式。 67、Output conductance （输出电导） The ratio of a differential change in collector current to the corresponding differential change in C-E voltage. 集电极电流对C-E两端电压的微分之比。 68、堆积层电容：由于热平衡载流子浓度过剩而在氧化层下面产生的电荷。 69、体电荷效应：由于漏源电压改变引起的沿沟道长度方向上的空间电荷宽度改变所导致的漏电流偏离理想情况。 70、沟道长度调制：当MOSFET进入饱和区时有效沟道长度随漏—源电压的改变。 71、沟道电导：当栅源电压趋近于极限值0时，漏电流随着漏源电压的变化率。 72、沟道电导调制效应：沟道电导随栅极电压的变化过程。 73、CMOS：互补MOS；将p沟与n沟器件制作在同一芯片上的电路工艺。 74、截止频率：输入交流栅电流等于输出交流漏电流时的信号频率。 75、耗尽型MOSFET：必须施加栅电压才能关闭的一类MOSFET。 76、增强型MOSFET：必须施加栅电压才能开启的一类MOSFET。 77、等价固定氧化层电荷：与氧化层—半导体界面紧邻的氧化层中的有效固定电荷，用Q’ss表示。 78、平带电压：平带条件发生时所加的栅压，此时氧化层下面的半导体中没有空间电荷区。 79、弱反型：反型电荷密度小于掺杂浓度时的情形。 80、强反型：反型电荷密度大于掺杂浓度时的情形。 81、阈值反型点：反型电荷密度等于掺杂浓度时的情形。 82、阈值电压：达到阈值反型点所需的栅压。 83、栅电容充电时间：由于栅极信号变化引起的输入栅电容的充电或放电时间。 84、界面态：氧化层—半导体界面处禁带宽度中允许的电子能态。 85、反型层电荷：氧化层下面产生的电荷，他们与半导体掺杂的类型是相反的。 86、反型层迁移率：反型层中载流子的迁移率。 87、闩锁：如在COMS电路中那样，可能发生在4层pnpn结构中的高电流、低电压现象。 88、最大空间电荷区宽度：阈值反型时氧化层下面的空间电荷区宽度。 89、临界反应：当栅压接近或等于阈值电压时空间电荷宽度宽度的微弱改变，并且反型层电荷密度等于掺杂浓度时的情形。 90、栅氧化层电容：氧化层介电常数与氧化层厚度之比，表示的是单位面积的电容。 91、饱和：在漏端反型电荷密度为0且漏电流不再是漏源电压的函数的情形。 92、跨导：漏电流的改变量与其对应的栅压该变量之比。 93、热电子：由于在高场强中被加速能量远大于热平衡时的值的电子。 94、轻掺杂漏（LDD）：为了减少电压击穿效应，在紧临沟道处制造一轻掺杂漏区的MOSFET。 95、窄沟道效应：沟道宽度变窄后阈值电压的偏移。 96、短沟道效应：沟道长度变窄后阈值电压的偏移。 97、源漏穿通：由于漏源电压引起的源极和衬底之间的势垒高度降低‘从而导致漏电流的迅速增大。 98、寄生晶体管击穿：寄生双击晶体管中电流增益的改变而引起的MOSFET击穿过程中出现的夫阻效应。 99、亚阈值导电：当晶体管栅偏置电压低于阈值反型点时MOSFET中的导电过程。100、表面散射：当载流子在源极和漏极漂移时，氧化层—半导体界面处载流子的电场吸引作用和库仑排斥作用。 101、阈值调整：通过离子注入改变半导体掺杂浓度，从而改变阈值电压的过程。102、内建电势差：决定pn结的初始耗尽层厚度，大于0。 103、內建夹断电压：沟道夹断时栅结上的总电压降，大于0。 104、夹断电压：沟道夹断时的栅源电压，根据沟道可正可负。 105、夹断：栅结空间电荷区完全扩展进沟道,以至于沟道被耗尽时自由载流子充满的现象。 106、源漏饱和电压：沟道开始在漏端夹断时的源漏电压。 107、电容电荷存储时间：栅极输入信号改变使栅极输入电容存储或释放电荷的时间。 半导体物理学第五章 习题答案 第五章习题 1. 在一个n 型半导体样品中，过剩空穴浓度为1013cm -3, 空 穴的寿命为100us 。计算空穴的复合率。 2. 用强光照射n 型样品，假定光被均匀地吸收，产生过剩 载流子，产生率为,空穴寿命为 。 （1）写出光照下过剩载流子所满足的方程； （2）求出光照下达到稳定状态时的过载流子浓度。 3. 有一块n 型硅样品，寿命是1us ，无光照时电阻率是10 cm 。今用光照射该样品，光被半导体均匀的吸 收，电子-空穴对的产生率是1022 cm -3s-1 ,试计算光照下样 品的电阻率，并求电导中少数在流子的贡献占多大比例？ s cm p U s cm p U p 31710 10010 313/10U 100,/10613 ==?= ====?-??-τ τμτ得：解：根据？求：已知：τ τ τ ττ g p g p dt p d g Ae t p g p dt p d L L t L =?∴=+?-∴=?+=?+?-=?∴-. 00 )2()(达到稳定状态时，方程的通解：梯度，无飘移。 解：均匀吸收，无浓度g p L 0 .=+?-τ 光照达到稳定态后 4. 一块半导体材料的寿命=10us ，光照在材料中会产生 非平衡载流子，试求光照突然停止20us 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的百分之几？ 5. n 型硅中，掺杂浓度N D =1016 cm -3 , 光注入的非平衡载流子浓度 n=p=1014cm -3 。计算无光照和有光照的电导率。 % 2606 .38 .006.3500106.1109.,.. 32.0119161 0' '==???=?∴?>?Ω==-σσ ρp u p p p p cm 的贡献主要是所以少子对电导的贡献献 少数载流子对电导的贡 。 后，减为原来的光照停止%5.1320%5.13) 0() 20()0()(1020 s e p p e p t p t μτ ==???=?-- cm s q n qu p q n p p p n n n cm p cm n cm p n cm n K T n p n i /16.21350106.110:,/1025.2,10/10.105.1,30019160000003403160314310=???=≈+=?+=?+=?===?=??==---μμσ无光照则设本征 空穴的迁移率近似等于的半导体中电子、注：掺杂有光照131619140010(/19.20296.016.2)5001350(106.11016.2)(: --=+=+???+≈+?++=+=cm cm s nq q p q n pq nq p n p n p n μμμμμμσ 1.迁移率 参考答案： 单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电场作用下的输运能力，是半导体物理中重要的概念和参数之一。迁移率的表达式为：* q m τμ= 可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素。 影响迁移率的主要因素有能带结构（载流子有效质量）、温度和各种散射机构。 n p neu peu σ=+ 2.过剩载流子 参考答案： 在非平衡状态下，载流子的分布函数和浓度将与热平衡时的情形不同。非平衡状态下的载流子称为非平衡载流子。将非平衡载流子浓度超过热平衡时浓度的部分，称为过剩载流子。 非平衡过剩载流子浓度：00,n n n p p p ?=-?=-，且满足电中性条件：n p ?=?。可以产 生过剩载流子的外界影响包括光照（光注入）、外加电压（电注入）等。 对于注入情形，通过光照或外加电压（如碰撞电离）产生过剩载流子：2i np n >，对于抽取情形，通过外加电压使得载流子浓度减小：2i np n <。 3. n 型半导体、p 型半导体 N 型半导体：也称为电子型半导体.N 型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体.在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷）,使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N 型半导体.在N 型半导体中,自由电子为多子,空穴为少子,主要靠自由电子导电.自由电子主要由杂质原子提供,空穴由热激发形成.掺入的杂质越多,多子（自由电子）的浓度就越高,导电性能就越强. P 型半导体：也称为空穴型半导体.P 型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体.在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼）,使之取代晶格中硅原子的位子,就形成P 型半导体.在P 型半导体中,空穴为多子,自由电子为少子,主要靠空穴导电.空穴主要由杂质原子提供,自由电子由热激发形成.掺入的杂质越多,多子（空穴）的浓度就越高,导电性能就越强. 4. 能带 当N 个原子处于孤立状态时，相距较远时，它们的能级是简并的，当N 个原子相接近形成晶体时发生原子轨道的交叠并产生能级分裂现象。当N 很大时，分裂能级可看作是准连续 第五章习题 1. 在一个n 型半导体样品中，过剩空穴浓度为1013cm -3, 空穴的寿命为100us 。计算空穴的复合率。 2. 用强光照射n 型样品，假定光被均匀地吸收，产生过剩载流子，产生率为,空 穴寿命为。 （1）写出光照下过剩载流子所满足的方程； （2）求出光照下达到稳定状态时的过载流子浓度。 3. 有一块n 型硅样品，寿命是1us ，无光照时电阻率是10??cm 。今用光照射该样品，光被半导体均匀的吸收，电子-空穴对的产生率是1022cm -3s-1,试计算光照下样品的电阻率，并求电导中少数在流子的贡献占多大比例 s cm p U s cm p U p 31710 10010 313/10U 100,/10613 ==?= ====?-??-τ τμτ得：解：根据？求：已知：τ τ τ ττ g p g p dt p d g Ae t p g p dt p d L L t L =?∴=+?-∴=?+=?+?-=?∴-. 00 )2()(达到稳定状态时，方程的通解：梯度，无飘移。 解：均匀吸收，无浓度cm s pq nq q p q n pq np cm q p q n cm g n p g p p n p n p n p n L /06.396.21.0500106.1101350106.11010.0:101 :1010100 .19 16191600'000316622=+=???+???+=?+?++=+=Ω=+==?==?=?=+?-----μμμμμμσμμρττ光照后光照前光照达到稳定态后 4. 一块半导体材料的寿命=10us ，光照在材料中会产生非平衡载流子，试求光照突然停止20us 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的百分之几 5. n 型硅中，掺杂浓度N D =1016cm -3, 光注入的非平衡载流子浓度n=p=1014cm -3。计算无光照和有光照的电导率。 6. 画出p 型半导体在光照（小注入）前后的能带图，标出原来的的费米能级和光照时的准费米能级。 % 2606.38.006.3500106.1109. ,.. 32.0119 161 0' '==???=?∴?>?Ω==-σσ ρp u p p p p cm 的贡献主要是所以少子对电导的贡献献 少数载流子对电导的贡Θ。 后，减为原来的光照停止%5.1320%5.13) 0() 20()0()(1020 s e p p e p t p t μτ ==???=?--cm s q n qu p q n p p p n n n cm p cm n cm p n cm n K T n p n i /16.21350106.110:,/1025.2,10/10.105.1,30019160000003403160314310=???=≈+=?+=?+=?===?=??==---μμσ无光照则设半导体的迁移率） 本征 空穴的迁移率近似等于的半导体中电子、 注：掺杂有光照131619140010(/19.20296.016.2)5001350(106.11016.2)(: --=+=+???+≈+?++=+=cm cm s nq q p q n pq nq p n p n p n μμμμμμσ 1. 有效质量:粒子在晶体中运动时具有的等效质量，它概括 了半导体内部势场的作用。 2. 费米能级:费米能级是T=0 K时电子系统中电子占据态和未占据态的分界线，是T=0 K时系统中电子所能具有的最高能量。 3. 准费米能级:半导体处于非平衡态时，导带电子和价带空穴不再有统一的费米能级，但可以认为它们各自达到平衡，相应的费米能级称为电子和空穴的准费米能级。 4. 金刚石型结构：金刚石结构是一种由相同原子构成的复式 晶体，它是由两个面心立方晶胞沿立方体的空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。每个原子周围都有4个最近邻的原子，组成一个正四面体结构。 5. 闪锌矿型结构：闪锌矿型结构的晶胞，它是由两类原子各 自组成的面心立方晶格，沿空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。 6. N型半导体:在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使 之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。7. P型半导体:在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼）， 使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半导体。 8. 状态密度:在能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子 态数 9. 费米分布函数:大量电子在不同能量量子态上的统计分布 10.非平衡载流子:半导体处于非平衡态时，比平衡态时多出来的那一部分载流子称为非平衡载流子。Δp=Δn 11.直接复合：电子从导带直接跃迁至价带与空穴相遇而复 合。 12.间接复合:电子通过禁带中的能级而跃迁至价带与空穴 相遇而复合。 13.施主能级:通过施主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能 级，被子施主杂质束缚的电子能量状态称施主能级。 14 受主能级：通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能 级。正常情况下，此能级为空穴所占据，这个被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。 15.陷阱中心:半导体中的杂质和缺陷在禁带中形成一定的能 级，这些能级具有收容部分非平衡载流子的作用，杂质能级的这种积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应。把产生显著陷阱效应的杂质和缺陷称为陷阱中心。 16.复合中心：半导体中的杂质和缺陷可以在禁带中形成一定 的能级，对非平衡载流子的寿命有很大影响。杂质和缺陷越多，寿命越短，杂质和缺陷有促进复合的作用，把促进复合的杂质和缺陷称为复合中心。（2分） 17等电子复合中心：等电子复合中心：在Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体中掺入一定量的与主原子等价的某种杂质原子，取代格点上的原子。由于杂质原子和主原子之间电负性的差别，中性杂质原子可以束缚电子或空穴而成为带电中心，带电中心会吸引和被束缚载流子符号相反的载流子，形成一个激子束缚态。 18.迁移率：单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电场作用下的输运能力，是半导体物 理中重要的概念和参数之一。迁移率的表达式为：μ=qτ/m* 。可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素。 19.漂移运动:载流子在电场作用下的运动。总漂移电流密度方程 E pq nq J J J p n p n ) (μ μ+ = + = 20.扩散运动：当半导体内部的载流子存在浓度梯度时，引起载流子由浓度高的地方向浓度低的地方扩散，扩散运动是载流子的有规则运动。电子扩散电流dx dn qD J n diff n = , 空穴扩散电流dx dp qD J p diff p - = , 21.简并半导体:对于重掺杂半导体，费米能级接近或进入导带或价带，导带/价带中的载流子浓度很高，泡利不相容原理起作用，电子和空穴分布不再满足玻耳兹曼分布，需要采用费米分布函数描述。称此 类半导体为简并半导体。满足的条件 为 22.非简并半导体:掺杂浓度较低，其费米能级EF在禁带中 的半导体;半导体中载流子分布可由经典的玻尔兹曼分布代替费米分布描述时，称之为非简并半导体 23迁移率：单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电场作用下的输运能力，是半导体物理中重要的概念和参数之一。迁移率的表达式为：μ=qτ/m* 。可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素。 24硅中掺金的工艺主要用于制造＿＿器件。 若某材料电阻率随温度上升而先下降后上升，该材料是＿＿。 25.Pn结外加反向偏压时，流过pn结的电流比由扩散理论得 到的理论结果要大，而且随外加反向偏压的增大而缓慢增加。除扩散电流外，该电流还包括＿＿。 26若某半导体导带中发现电子的几率为零，则该半导体必定＿＿。 27室温下，，已知Si的电子迁移率为， Dn为。 28在光电转换过程中，硅材料一般不如砷化镓量子效率高，因其。 28．有效陷阱中心的位置靠近。 29.对于只含一种杂质的非简并n型半导体，费米能级Ef随 温度上升而。 30.长声学波对载流子的散射几率Ps与温度T的关系 是，由此所决定的迁移率与温度的关系为31.已知硅的禁带宽度为1.12eV，则本征吸收的长波限为 （微米），锗的禁带宽度为0.67eV，则长波限为（微米）。 32.复合中心的作用是。起有效复合中 心的杂质能级必须位于，而且对电子和空穴的俘获系数rn 和rp 须满足。 0.026 k T q V = 西安电子科技大学2018考研大纲：半导体 物理与器件物 出国留学考研网为大家提供西安电子科技大学2018考研大纲：801半导体物理与器件物理基础，更多考研资讯请关注我们网站的更新! 西安电子科技大学2018考研大纲：801半导体物理与器件物理基础 “半导体物理与器件物理”(801) 一、 总体要求 “半导体物理与器件物理”(801)由半导体物理、半导体器件物理二部分组成，半导体物理占60%(90分)、器件物理占40%(60分)。 “半导体物理”要求学生熟练掌握半导体的相关基础理论，了解半导体性质以及受外界因素的影响及其变化规律。重点掌握半导体中的电子状态和带、半导体中的杂质和缺陷能级、半导体中载流子的统计分布、半导体的导电性、半导体中的非平衡载流子等相关知识、基本概念及相关理论，掌握半导体中载流子浓度计算、电阻(导)率计算以及运用连续性方程解决载流子浓度随时间或位置的变化及其分布规律等。 “器件物理”要求学生掌握MOSFET器件物理的基本理 论和基本的分析方法，使学生具备基本的器件分析、求解、应用能力。要求掌握MOS基本结构和电容电压特性;MESFET器件的基本工作原理;MOSFET器件的频率特性;MOSFET器件中的非理想效应;MOSFET器件按比例缩小理论;阈值电压的影响因素;MOSFET的击穿特性;掌握器件特性的基本分析方法。 “半导体物理与器件物理”(801)研究生入学考试是所学知识的总结性考试，考试水平应达到或超过本科专业相应的课程要求水平。 二、 各部分复习要点 ●“半导体物理”部分各章复习要点 (一)半导体中的电子状态 1.复习内容 半导体晶体结构与化学键性质，半导体中电子状态与能带，电子的运动与有效质量，空穴，回旋共振，元素半导体和典型化合物半导体的能带结构。 2.具体要求 半导体中的电子状态和能带 半导体中电子的运动和有效质量 本征半导体的导电机构 尼尔曼第三版半导体物理与器件小结+重要术语解释+知识点+复 习题 第一章固体晶体结构 (3) 小结 (3) 重要术语解释 (3) 知识点 (3) 复习题 (3) 第二章量子力学初步 (4) 小结 (4) 重要术语解释 (4) 第三章固体量子理论初步 (4) 小结 (4) 重要术语解释 (4) 知识点 (5) 复习题 (5) 第四章平衡半导体 (6) 小结 (6) 重要术语解释 (6) 知识点 (6) 复习题 (7) 第五章载流子运输现象 (7) 小结 (7) 重要术语解释 (8) 知识点 (8) 复习题 (8) 第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (8) 小结 (8) 重要术语解释 (9) 知识点 (9) 复习题 (10) 第七章pn结 (10) 小结 (10) 重要术语解释 (10) 知识点 (11) 复习题 (11) 第八章pn结二极管 (11) 小结 (11) 重要术语解释 (12) 知识点 (12) 复习题 (13) 第九章金属半导体和半导体异质结 (13) 小结 (13) 重要术语解释 (13) 知识点 (14) 复习题 (14) 第十章双极晶体管 (14) 小结 (14) 重要术语解释 (15) 知识点 (16) 复习题 (16) 第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (16) 小结 (16) 重要术语解释 (17) 知识点 (18) 复习题 (18) 第十二章金属-氧化物-半导体场效应管：概念的深入 (18) 小结 (19) 重要术语解释 (19) 知识点 (19) 复习题 (20) 第一章固体晶体结构 小结 1.硅是最普遍的半导体材料。 2.半导体和其他材料的属性很大程度上由其单晶的晶格结构决定。晶胞是晶体 中的一小块体积，用它可以重构出整个晶体。三种基本的晶胞是简立方、体心立方和面心立方。 3.硅具有金刚石晶体结构。原子都被由4个紧邻原子构成的四面体包在中间。 二元半导体具有闪锌矿结构，它与金刚石晶格基本相同。 4.引用米勒系数来描述晶面。这些晶面可以用于描述半导体材料的表面。密勒 系数也可以用来描述晶向。 5.半导体材料中存在缺陷，如空位、替位杂质和填隙杂质。少量可控的替位杂 质有益于改变半导体的特性。 6.给出了一些半导体生长技术的简单描述。体生长生成了基础半导体材料，即 衬底。外延生长可以用来控制半导体的表面特性。大多数半导体器件是在外延层上制作的。 重要术语解释 1.二元半导体：两元素化合物半导体，如GaAs。 2.共价键：共享价电子的原子间键合。 3.金刚石晶格：硅的院子晶体结构，亦即每个原子有四个紧邻原子，形成一个 四面体组态。 4.掺杂：为了有效地改变电学特性，往半导体中加入特定类型的原子的工艺。 5.元素半导体：单一元素构成的半导体，比如硅、锗。 半导体物理名词解释 1.单电子近似：假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。该势场是具有与晶格同周期的周期性势场。 2.电子的共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原于转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动。这种运动称为电子的共有化运动。 3.允带、禁带： N个原子相互靠近组成晶体，每个电子都要受到周围原子势场作用，结果是每一个N度简并的能级都分裂成距离很近能级，N个能级组成一个能带。分裂的每一个能带都称为允带。允带之间没有能级称为禁带。 4.准自由电子：内壳层的电子原来处于低能级，共有化运动很弱，其能级分裂得很小，能带很窄，外壳层电子原来处于高能级，特别是价电子，共有化运动很显著，如同自由运动的电子，常称为“准自由电子”，其能级分裂得很厉害，能带很宽。 6.导带、价带：对于被电子部分占满的能带，在外电场的作用下，电子可从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成了电流，起导电作用，常称这种能带为导带。下面是已被价电子占满的满带，也称价带。 8.（本证激发）本征半导体导电机构：对本征半导体，导带中出现多少电子，价带中相应地就出现多少空穴，导带上电子参与导电，价带上空穴也参与导电，这就是本征半导体的导电机构。 9.回旋共振实验意义：这通常是指利用电子的回旋共振作用来进行测试的一种技术。该方法可直接测量出半导体中载流子的有效质量，并从而可求得能带极值附近的能带结构。当交变电磁场角频率W等于回旋频率Wc时，就可以发生共振吸收，Wc=qB/有效质量 10.波粒二象性，动量，能量 P=m0v E=1 2P2 m0 P=hk 1.间隙式杂质：杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，称为间隙式杂质。 一、名词解释（本大题共5题每题4分，共20分） 1. 受主能级：通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级。正常情况下，此能级为空穴所占据，这个被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。 2. 直接复合：导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带，与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为直接复合。 3. 空穴：当满带顶附近产生P0个空态时，其余大量电子在外电场作用下所产生的电流，可等效为P0个具有正电荷q和正有效质量m p，速度为v(k)的准经典粒子所产生的电流，这样的准经典粒子称为空穴。 4. 过剩载流子：在光注入、电注入、高能辐射注入等条件下，半导体材料中会产生高于热平衡时浓度的电子和空穴，超过热平衡浓度的电子△n=n-n0和空穴 △p=p-p0称为过剩载流子。 5.费米能级、化学势 答：费米能级与化学势：费米能级表示等系统处于热平衡状态，也不对外做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势。处于热平衡的系统有统一的化学势。这时的化学势等于系统的费米能级。费米能级和温度、材料的导电类型杂质含量、能级零点选取有关。费米能级标志了电子填充能级水平。费米能级位置越高，说明较多的能量较高的量子态上有电子。随之温度升高，电子占据能量小于费米能级的量子态的几率下降，而电子占据能量大于费米能级的量子态的几率增大。 二、选择题（本大题共5题每题3分，共15分） 1．对于大注入下的直接辐射复合，非平衡载流子的寿命与（D ） A. 平衡载流子浓度成正比 B. 非平衡载流子浓度成正比 C. 平衡载流子浓度成反比 D. 非平衡载流子浓度成反比 2．有3个硅样品，其掺杂情况分别是： 含铝1×10-15cm-3乙.含硼和磷各1×10-17cm-3丙.含镓1×10-17cm-3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是（C ） 甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙 D. 丙甲乙3．有效复合中心的能级必靠近( A ) 禁带中部 B.导带 C.价带 D.费米能级4．当一种n型半导体的少子寿命由直接辐射复合决定时，其小注入下的少子寿 半导体物理与器件公式以及参数 KT =0.0259ev N c =2.8?1019N v =1.04?1019 SI 材料的禁带宽度为：1.12ev. 硅材料的n i =1.5?1010 Ge 材料的n i =2.4?1013 GaAs 材料的n i =1.8?106 介电弛豫时间函数：瞬间给半导体某一表面增加某种载流子，最终达到电中性的时间，ρ(t )=ρ(0)e ?(t /τd )，其中τd =?σ，最终通过证明这个时间与普通载流子的寿命时间相比十分的短暂，由此就可以证明准电中性的条件。 E F 热平衡状态下半导体的费米能级，E Fi 本征半导体的费米能级，重新定义的E Fn 是存在过剩载流子时的准费米能级。 准费米能级：半导体中存在过剩载流子，则半导体就不会处于热平衡状态，费米能级就会发生变化，定义准费米能级。 n 0+?n =n i exp (E Fn ?E Fi kT )p 0+?p =n i exp [?(E Fp ?E Fi )kT ] 用这两组公式求解问题。 通过计算可知，电子的准费米能级高于E Fi ，空穴的准费米能级低于E Fi ，对于多子来讲，由于载流子浓度变化不大，所以准费米能级基本靠近热平衡态下的费米能级，但是对于少子来讲，少子浓度发生了很大的变化，所以费米能级有相对比较大的变化，由于注入过剩载流子，所以导致各自的准费米能级都靠近各自的价带。 过剩载流子的寿命： 半导体材料：半导体材料多是单晶材料，单晶材料的电学特性不仅和化学组成相关而且还与原子排列有关系。半导体基本分为两类，元素半导体材料和化合物半导体材料。 GaAs主要用于光学器件或者是高速器件。 固体的类型：无定型（个别原子或分子尺度内有序）、单晶（许多原子或分子的尺度上有序）、多晶（整个范围内都有很好的周期性），单晶的区域成为晶粒，晶界将各个晶粒分开，并且晶界会导致半导体材料的电学特性衰退。 空间晶格：晶格是指晶体中这种原子的周期性排列，晶胞就是可以复制出整个晶体的一小部分晶体，晶胞的结构可能会有很多种。原胞就是可以通过重复排列形成晶体的最小晶胞。三维晶体中每一个等效的格点都可以采用矢量表示为r=pa?+qb?+sc?，其中矢量a?，b?，c?称为晶格常数。晶体中三种结构，简立方、体心立方、面心立方。 原子体密度=每晶胞的原子数每晶胞的体积 ●有效质量：粒子在晶体中运动时具有的等效质量，它概括了半导体内部势场的作用。其 物理意义：1.有效质量的大小仍然是惯性大小的量度；2.有效质量反映了电子在晶格与外场之间能量和动量的传递，因此可正可负。 ●能带：晶体中，电子的能量是不连续的，在某些能量区间能级分布是准连续的，在某些 区间没有能及分布。这些区间在能级图中表现为带状，称之为能带。 ●空穴：假想的粒子，与价带顶部的空状态相关的带正电“粒子”。 ●空穴：在电子挣脱价键的束缚成为自由电子，其价键中所留下来的空位。 ●空穴：定义价带中空着的状态看成是带正电荷的粒子，称为空穴。 ●替位式杂质：杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处。 ●间隙式杂质：杂质原子位于晶格原子的间隙位置。 ●点缺陷：是最简单的晶体缺陷，它是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排 列的一种缺陷。包括：间隙原子和空位是成对出现的弗仓克耳缺陷和只在晶体内形成空位而无间隙原子的肖特基缺陷。 ●施主能级：通过施主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级，被子施主杂质束缚的电子能 量状态称为施主能级。 ●施主能级：离化能很小，在常温下就能电离而向导带提供电子，自身成为带正电的电离 施主，通常称这些杂质能级为施主能级。 ●受主杂质：能够接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心的杂质。 ●受主杂质：Ⅲ族杂质在硅、锗中能够接受电子而产生导电空穴，并形成负点中心，所以 称它们为受主杂质或p型杂质。 ●受主能级：通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级。正常情况下，此能级为空穴 所占据，这个被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。 ●n型半导体：以电子为主要载流子的半导体。 ●p型半导体：以空穴为主要载流子的半导体。 ●多数载流子：指的是半导体中的电子流。n型半导体中的电子和p型半导体中的空穴称 之为多数载流子。 ●少数载流子：指的是半导体中的电子流。n型半导体中的空穴和p型半导体中的电子称 之为少数载流子。 ●（半导体材料中有电子和空穴两种载流子。在 N 型半导体中,电子是多数载流子, 空穴 是少数载流子。在P型半导体中,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。） 9金属半导体与半导体异质结 一、肖特基势垒二极管 欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。接触电阻很低。 金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。之间形成势垒为肖特基势垒。 在金属与半导体接触处，场强达到最大值，由于金属中场强为零，所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。 影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效应。金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。附图： 电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输机制不同于pn结的少数载流子的扩散运动决定电流，而是取决于多数载流子通过热电子发射跃迁过内建电势差形成。附肖特基势垒二极管加反偏电压时的I-V曲线：反向电流随反偏电压增大而增大是由于势垒降低的影响。 肖特基势垒二极管与Pn结二极管的比较：1.反向饱和电流密度（同上），有效开启电压低于Pn结二极管的有效开启电压。2.开关特性肖特基二极管更好。应为肖特基二极管是一个多子导电器件，加正向偏压时不会产生扩散电容。从正偏到反偏时也不存在像Pn结器件的少数载流子存储效应。 二、金属-半导体的欧姆接触 附金属分别与N型p型半导体接触的能带示意图 三、异质结：两种不同的半导体形成一个结 小结：1.当在金属与半导体之间加一个正向电压时，半导体与金属之间的势垒高度降低，电子很容易从半导体流向金属，称为热电子发射。 2.肖特基二极管的反向饱和电流比pn结的大，因此达到相同电流时，肖特基二极管所需的反偏电压要低。 10双极型晶体管 双极型晶体管有三个掺杂不同的扩散区和两个Pn结，两个结很近所以之间可以互相作用。之所以成为双极型晶体管，是应为这种器件中包含电子和空穴两种极性不同的载流子运动。 一、工作原理 附npn型和pnp型的结构图 发射区掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度最低 附常规npn截面图 造成实际结构复杂的原因是：1.各端点引线要做在表面上，为了降低半导体的电阻，必须要有重掺杂的N+型掩埋层。2.一片半导体材料上要做很多的双极型晶体管，各自必须隔离，应为不是所有的集电极都是同一个电位。 通常情况下，BE结是正偏的，BC结是反偏的。称为正向有源。附图： 由于发射结正偏，电子就从发射区越过发射结注入到基区。BC结反偏，所以在BC结边界，理想情况下少子电子浓度为零。 附基区中电子浓度示意图： 电子浓度梯度表明，从发射区注入的电子会越过基区扩散到BC结的空间电荷区， 半导体物理试卷b答案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】 一、名词解释（本大题共5题每题4分，共20分） 1. 直接复合：导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带，与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为直接复合。 2.本征半导体：不含任何杂质的纯净半导体称为本征半导体，它的电子和空穴数量相同。 3．简并半导体：半导体中电子分布不符合波尔兹满分布的半导体称为简并半导体。 过剩载流子：在光注入、电注入、高能辐射注入等条件下，半导体材料中会产生高于热平衡时浓度的电子和空穴，超过热平衡浓度的电子△n=n-n 和空穴 称为过剩载流子。 △p=p-p 4. 有效质量、纵向有效质量与横向有效质量 答：有效质量：由于半导体中载流子既受到外场力作用，又受到半导体内部周期性势场作用。有效概括了半导体内部周期性势场的作用，使外场力和载流子加速度直接联系起来。在直接由实验测得的有效质量后，可以很方便的解决电子的运动规律。 5. 等电子复合中心 等电子复合中心：在III- V族化合物半导体中掺入一定量与主原子等价的某种杂质原子，取代格点上的原子。由于杂质原子与主原子之间电性上的差别，中性杂质原子可以束缚电子或空穴而成为带电中心。带电中心吸引与被束缚载流子符号相反的载流子，形成一个激子束缚态。这种激子束缚态叫做等电子复合中心。 二、选择题（本大题共5题每题3分，共15分） 1．对于大注入下的直接辐射复合，非平衡载流子的寿命与（D ） A. 平衡载流子浓度成正比 B. 非平衡载流子浓度成正比 C. 平衡载流子浓度成反比 D. 非平衡载流子浓度成反比2．有3个硅样品，其掺杂情况分别是： 甲．含铝1×10-15cm-3乙.含硼和磷各1×10-17cm-3丙.含镓1×10-17cm-3室温下，这些样品的电子迁移率由高到低的顺序是（C ） 甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙 D. 丙甲乙 半导体物理考试重点 题型：名词解释3*10=30分；简答题4*5=20分；证明题10*2=20分；计算题15*2=30分 一．名词解释 1、施主杂志：在半导体中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质。 2、受主杂志：在半导体中电离时，能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心的杂质称为受主杂质。 3、本征半导体：完全不含缺陷且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。实际半导体不可能绝对地纯净，本征半导体一般是指导电主要由本征激发决定的纯净半导体。 4、多子、少子 （1）少子：指少数载流子，是相对于多子而言的。如在半导体材料中某种载流子占少数，在导电中起到次要作用，则称它为少子。 （2）多子：指多数载流子，是相对于少子而言的。如在半导体材料中某种载流子占多数，在导电中起到主要作用，则称它为多子。 5、禁带、导带、价带 （1）禁带：能带结构中能量密度为0的能量区间。常用来表示导带与价带之间能量密度为0的能量区间。 （2）导带：对于被电子部分占满的能带，在外电场作用下，电子可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成电流，起导电作用，常称这种能带为导带 （3）价带：电子占据了一个能带中的所有的状态，称该能带为满带，最上面的一个满带称为价带 6、杂质补偿 施主杂质和受主杂质有互相抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。 7、电离能：使多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为电离能 8、（1）费米能级:费米能级是绝对零度时电子的最高能级。 （2）受主能级：被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级 （3）施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级 9、功函数：功函数是指真空电子能级E0 与半导体的费米能级之差。 10、电子亲和能：真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。 11、直/间接复合 （1）直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的复合，称为直接复合。 （2）间接复合：电子和空穴通过禁带的能级（复合中心）进行的复合方式称为间接复合。 12、（1）非平衡载流子：半导体中比热平衡时所多出的额外载流子。 （2）非平衡载流子的寿命：非平衡载流子的平均生存时间。 13、载流子热运动 14、小注入条件：当注入半导体材料的非平衡载流子的浓度远小于平衡时多数载流子的浓度时，满足这个条件的注入称为小注入。 15、（1）载流子迁移率：单位电场强度下载流子所获得的平均漂移速率。 （2）载流子产生率：单位时间内载流子的产生数量 16、深/浅能级 （1）浅能级杂质：在半导体中，能够提供能量靠近导带的电子束缚态或能量接近价带的空穴束缚态的杂质称为浅能级杂质。（2）深能级杂质：在半导体中，能够提供能量接近价带的电子束缚态或能量接近导带的空穴束缚态的杂质称为深能级杂质。17、同/异质结 （1）同质结：由同一种半导体材料形成的结称之为同质结，包括结、结、结。 （2）异质结：由不同种半导体材料形成的结称之为异质结，包括结、结、结、结。 第五篇 题解-非平衡载流子 刘诺 编 5-1、何谓非平衡载流子？非平衡状态与平衡状态的差异何在？ 解：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度，额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。通常所指的非平衡载流子是指非平衡少子。 热平衡状态下半导体的载流子浓度是一定的，产生与复合处于动态平衡状态 ，跃迁引起的产生、复合不会产生宏观效应。在非平衡状态下，额外的产生、复合效应会在宏观现象中体现出来。 5-2、漂移运动和扩散运动有什么不同？ 解：漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均匀导致载流子从浓度高的地方向浓度底的方向的定向运动。前者的推动力是外电场，后者的推动力则是载流子的分布引起的。 5-3、漂移运动与扩散运动之间有什么联系？非简并半导体的迁移率与扩散系数之间有什么联系？ 解：漂移运动与扩散运动之间通过迁移率与扩散系数相联系。而非简并半导体的迁移率与扩散系数则通过爱因斯坦关系相联系，二者的比值与温度成反比关系。即 T k q D 0= μ 5-4、平均自由程与扩散长度有何不同？平均自由时间与非平衡载流子的寿命又有何不同？ 答：平均自由程是在连续两次散射之间载流子自由运动的平均路程。而扩散长度则是非平衡载流子深入样品的平均距离。它们的不同之处在于平均自由程由散射决定，而扩散长度由扩散系数和材料的寿命来决定。 平均自由时间是载流子连续两次散射平均所需的自由时间，非平衡载流子的寿命是指非平衡载流子的平均生存时间。前者与散射有关，散射越弱，平均自由时间越长；后者由复合几率决定，它与复合几率成反比关系。 5-5、证明非平衡载流子的寿命满足()τ t e p t p -?=?0，并说明式中各项的物理意义。 证明： ()[] p p dt t p d τ?=?- =非平衡载流子数而在单位时间内复合的子的减少数单位时间内非平衡载流 时刻撤除光照如果在0=t 非平衡载流子寿命公式： 本征载流子浓度公式： 本征半导体：晶体中不含有杂质原子的材料 半导体功函数：指真空电子能级E 0与半导体的费米能级E f 之差 电子>(<)空穴为n(p)型半导体，掺入的是施主(受主)杂质原子。 Pn 结击穿的的两种机制：齐纳效应和雪崩效应 载流子的迁移率 扩散系数 爱因斯坦关系式 两种扩散机制：晶格扩散，电离杂质扩散 迁移率受掺杂浓度和温度的影响 金属导电是由于自由电子；半导体则是因为自由电子和空穴；绝缘体没有自由移动的带电粒子，其不导电。 空间电荷区：冶金结两侧由于n 区内施主电离和p 区内受主电离而形成的带净正电与负电的区域。 存储时间：当pn 结二极管由正偏变为反偏是，空间电荷区边缘的过剩少子浓度由稳定值变为零所用的时间。 费米能级：是指绝对零度时，电子填充最高能级的能量位置。 准费米能级：在非平衡状度下，由于导带和介质在总体上处于非平衡，不能用统一的费米能级来描述电子和空穴按能级分布的问题，但由于导带中的电子和价带中的空穴按能量在各自能带中处于准平衡分布，可以有各自的费米能级成为准费米能级。 肖特基接触：指金属与半导体接触时，在界面处的能带弯曲，形成肖特基势垒，该势垒导放大的界面电阻值。 非本征半导体：将掺入了定量的特定杂质原子，从而将热平衡状态电子和空穴浓度不同于本征载流子浓度的材料定义为非本征半导体。 简并半导体：电子或空穴的浓度大于有效状态密度，费米能级位于导带中（n 型）或价带中（p 型）的半导体。 直接带隙半导体：导带边和价带边处于k 空间相同点的半导体。 电子有效质量：并不代表真正的质量，而是代表能带中电子受外力时，外力与加速度的一个比例常熟。 雪崩击穿：由空间电荷区内电子或空穴与原子电子碰撞而产生电子--空穴对时，创建较大反偏pn 结电流的过程 1、什么是单边突变结？为什么pn 结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？ ①冶金结一侧的掺杂浓度大于另一侧的掺杂浓度的pn 结；②由于pn 结空间电荷区p 区的受主离子所带负电荷与N 区的施主离子所带正电荷的量是相等的，而这两种带点离子不能自由移动的，所以空间电荷区内的低掺杂一侧，其带点离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只有增加低掺杂一侧的宽度 。 2、为什么随着掺杂弄得的增大，击穿电压反而下降？ 随着掺杂浓度的增大，杂质原子之间彼此靠的很近而发生相互影响，分离能级就会扩展成微带，会使原奶的导带往下移，造成禁带宽度变宽，不如外加电压时，能带的倾斜处隧长度Δx 变得更短，当Δx 短到一定程度，当加微小电压时，就会使p 区价带中电子通过隧道效应通过禁带而到达N 区导带，是的反响电流急剧增大而发生隧道击穿，所以。。。。。。 3、对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。 对于重掺杂半导体，在低温时，杂质散射起主导作用，而晶格振动散射与一般掺杂半导体相比较影响并不大，所以这时随着温度的升高，重掺杂半导体的迁移率反而增加；温度继续增加下，晶格振动散射起主导作用，导致迁移率下降。 对于一般掺杂半导体，由于杂质浓度低，电离杂子散射基本可以忽略，其主要作用的是晶格振动散射，所以温度越高，迁移率越小。 4、漂移运动和扩散运动有什么不同？对于非简并半导体而言，迁移率和扩散系数之间满足什么关系？ 漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均，导致载流子从浓度高的地方向浓度低的地方定向运动。前者的推动力是外电场，后者的推动力是载流子的分布引起的。 关系为：T k D 0 //εμ= 5、什么叫统计分布函数？并说明麦克斯韦-玻尔兹曼、玻色-爱因斯坦、费米狄拉克分布函数的区别？ 描述大量粒子的分部规律的函数。 ①麦克--滋曼分布函数：经典离子，粒子可区分，而且每个能态多容纳的粒子数没有限制。 ②波色--斯坦分部函数：光子，粒子不可区分，每个能态所能容纳的粒子数没有限制。 ③费米狄拉克分布函数：晶体中的电子，粒子不可分辨，而且每个量子态，只允许一个粒子。 6、画出肖特基二极管和pn 结二极管的正偏特性曲线；并说明它们之间的差别。 两个重要的区别：反向饱和电流密度的数量级，开关特性； 两种器件的电流输运机构不同：pn 结中的电流是由少数载流子的扩散运动决定的，而肖特基势垒二极管中的电流是由多数载流子通过热电子发射越过内建电势差而形成的。 肖特基二极管的有效开启电压低于pn 结二极管的有效开启电压。 7、（a ）5个电子处于3个宽度都为a=12A °的三维无限深势阱中，假设质量为自由电子质量，求T=0k 时费米能级（b ）对于13个电子呢？ 解：对于三维无限深势阱 对于5个电子状态，对应nxnynz=221=122包含一个电子和空穴的状态 ev E F 349.2)122(261.022=++?= 对于13个电子……=323=233 ev E F 5.742)323(261.0222=++?= 8、T=300k 时，硅的实验测定值为p 0=2×104cm -3,Na=7*1015cm -3, (a)因为P 0半导体物理学第五章习题答案电子版本
半导体物理之名词解释
半导体物理学第五章习题答案
半导体物理考试名词解释
西安电子科技大学2018考研大纲：半导体物理与器件物理.doc
最新尼尔曼第三版半导体物理与器件小结+重要术语解释+知识点+复习题
半导体物理名词解释
半导体物理试卷a答案
半导体物理与器件公式以及全参数
半导体物理名词解释总结(不完全正确,仅供参考)
半导体物理与器件基础知识
半导体物理试卷b答案
半导体物理考试重点
eejAAA半导体物理第五章习题答案
半导体物理与器件复习资料