半导体器件物理-复习重点

第一章PN结

PN结是怎么形成的

耗尽区：正因为空间电荷区内不存在任何可动的电荷，所以该区也称为耗尽区。

空间电荷边缘存在多子浓度梯度，多数载流子便受到了一个扩散力。在热平衡状态下，电场力与扩散力相互平衡。

p型半导体和n型半导体接触面形成pn结，p区中有大量空穴流向n区并留下负离子，n区中有大量电子流向p区并留下正离子（这部分叫做载流子的扩散），正负离子形成的电场叫做空间电荷区，正离子阻碍电子流走，负离子阻碍空穴流走（这部分叫做载流子的漂移），载流子的扩散与漂移达到动态平衡，所以pn 结不加电压下呈电中性。

PN结的能带图（平衡和偏压）

无外加偏压，处于热平衡状态下，费米能级处处相等且恒定不变。

内建电势差计算

N区导带电子试图进入p区导带时遇到了一个势垒，这个势垒称为内建电势差。

空间电荷区的宽度计算

n d p a x N x N =

PN 结电容的计算

第二章 PN 结二极管

理想PN 结电流模型是什么势垒维持了热平衡。

反偏：n 区相对于p 区电势为正，所以n 区内的费米能级低于p 区内的费米能级，势垒变得更高，阻止了电子与空穴的流动，因此pn 结上基本没有电流流动。正偏：p 区相对于n 区电势为正，所以p 区内的费米能级低于n 区内的费米能级，势垒变得更低，电场变低了，所以电子与空穴不能分别滞留在n 区与p 区，所以pn 结内就形成了一股由n 区到p 区的电子和p

区到n 区的空穴。电荷的流动在pn 结内形成了一股电流。

过剩少子电子：正偏电压降低了势垒，这样就使得n 区内的多子可以穿过耗尽区而注入到p 区内，注入的电子增加了p 区少子电子的浓度。 |

少数载流子分布（边界条件和近似分布）

理想PN 结电流

????-??? ??=1exp kT eV J J a s

? ?

?+=+=

0020

11p p d n n a i

p n p

n p s D N D N en L n eD L p eD J ττ

PN 结二极管的等效电路（扩散电阻和扩散电容的概念）

扩散电阻：在二极管外加直流正偏电压，再在直流上加一个小的低频正弦电压，则直流之上就产生了个叠加小信号正弦电流，正弦电压与正弦电流就产生了个增量电阻，即扩散电阻。

扩散电容：在直流电压上加一个很小的交流电压，随着外加正偏电压的改变，穿过空间电荷区注入到n 区内的空穴数量也发生了变化。P 区内的少子电子浓度也经历了同样的过程，n 区内的空穴与p 区内的电子

充放电过程产生了电容，即扩散电容。

产生-复合电流的计算

【

PN结的两种击穿机制有什么不同

齐纳击穿:重掺杂的pn结由于隧穿机制而发生齐纳击穿。在重掺杂pn结内，反偏条件下结两侧的导带与价带离得非常近，以至于电子可以由p区直接隧穿到n 区的导带。即齐纳击穿。

雪崩击穿：当电子或空穴穿越空间电荷区时，由于电场的作用，他们的能量会增加，增加到一定的一定程度时，并与耗尽区的原子电子发生碰撞，便会产生新的电子空穴对，新的电子空穴又会撞击原子内的电子，于是就发生了雪崩击穿。

对于大多数pn结来说，雪崩击穿占主导地位。在电场的作用下，新的电子与空穴会朝着相反的方向运动，于是便形成了新的电流。

第三章双极晶体管

双极晶体管的工作原理是什么 [

双极晶体管有几种工作模式，哪种是放大模式

正向有源，反向有源，截止，饱和。双极晶体管的少子分布（图示）

双极晶体管的电流成分（图示），它们是怎样形成的正向有源时同少子分布。

低频共基极电流增益的公式总结（分析如何提高晶体管的增益系数）

B E B E B E E B B E B B B E E x x D D N N

L x L x L D n L D p ??+≈

)

/tanh()/tanh(11

00γ

)/(2

111

)/cosh(1B B B B T L x L x +≈

≈

、

? ??-+

≈

kT eV J J BE s r 2ex p 1100δ

δγααT =

ααβ-=

等效电路模型（Ebers-Moll 模型和Hybrid-Pi 模型）（画

图和简述）

双极晶体管的截止频率受哪些因素影响

基区渡越时间。利用有内建电场的缓变掺杂基区。双极晶体管的击穿有哪两种机制

第四章 MOS 场效应晶体管基础 -

MOS 结构怎么使半导体产生从堆积、耗尽到反型的变化

反型：当在棚极加上更大的负电压时，导带和价带的弯曲程度更加明显了，本证费米能级已经在费米能级的上方了，以至于价带比导带更接近费米能级，这个结果表明半导体表面是p 型的，通过施加足够大的负电压半导体表面已经从n 型转为p 型了。这就是半导体表面的空穴反型层。

MOS 结构的平衡能带图（表面势、功函数和亲和能）及平衡能带关系

ms s OX V φφ-=+00

栅压的计算(非平衡能带关系)

ms s OX G V V φφ++=

平带电压的计算

阈值电压的计算*

dT a SD x eN Q =(max)'

??? ?

?=a p f s dT

eN x φε

???

? ??=i a th p

f n N V ln φ

?????

????? ??++-=p f g m ms

e E φχφφ2

ox t C ε=

dT d SD x eN Q =(max)'

???

?=d n f s dT

eN x φε

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? ??=i d

th n

f n

N V ln φ ?????

????? ??-+-=n f g m ms

e E φχφφ2

ox ox

ox t C ε=

MOS 电容的计算总的电容公式

D eN

，

dT eN

ε4

= MOSFET的工作原理是什么

电流-电压关系（计算）

N沟道：

sat

V-

)

(

P沟道：

。

sat

V+

)

(

MOSFET的跨导计算

MOSFET的等效电路（简化等效电路）MOSFET的截止频率主要取决于什么因素

第五章光器件电子-空穴对的产生率：

ανh x I x g )

()('=

PN 结太阳能电池的电流

???-??? ??-=1exp kT eV I I I s L

光电导计算、

L p n p n G e p e τμμδμμσ)()(+=+=?

光电导增益

光电二极管的光电流

)(n p L L L L W eG J ++=

PIN 二极管怎么提高光电探测效率

发光二极管的内量子效率主要取决于哪些因素 PN 结二极管激光器怎样实现粒子数反转（借助于能带图说明）

第六章MOS场效应晶体管：概念的深入

MOSFET按比例缩小理论（恒定电场缩小），哪些参数缩小，哪些参数增大

结型场效应晶体管的工作原理是什么它有什么特点

设计一种半导体器件，说明其工作原理。

（1）结结构、能带结构（势垒）、电路结构（等效）；（2）载流子分布、电流形成机制、伏-安特性；

（3）增益系数、频率响应。

半导体器件物理试题库

半导体器件试题库常用单位：在室温（T = 300K ）时，硅本征载流子的浓度为 n i = 1.5×1010/cm 3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn =1350 2cm /V s ? μp =500 2 cm /V s ? ε0=8.854×10-12 F/m 一、半导体物理基础部分（一）名词解释题杂质补偿：半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时，施主和受主在导电性能上有互相抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。非平衡载流子：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。迁移率：载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志，即单位电场下的漂移速度。晶向：晶面：（二）填空题 1．根据半导体材料内部原子排列的有序程度，可将固体材料分为、多晶和三种。 2．根据杂质原子在半导体晶格中所处位置，可分为杂质和杂质两种。 3．点缺陷主要分为、和反肖特基缺陷。 4．线缺陷，也称位错，包括、两种。 5．根据能带理论，当半导体获得电子时，能带向弯曲，获得空穴时，能带向弯曲。 6．能向半导体基体提供电子的杂质称为杂质；能向半导体基体提供空穴的杂质称为杂质。 7．对于N 型半导体，根据导带低E C 和E F 的相对位置，半导体可分为、弱简并和三种。 8．载流子产生定向运动形成电流的两大动力是、。

9．在Si-SiO 2系统中，存在、固定电荷、和辐射电离缺陷4种基本形式的电荷或能态。 10．对于N 型半导体，当掺杂浓度提高时，费米能级分别向移动；对于P 型半导体，当温度升高时，费米能级向移动。（三）简答题 1．什么是有效质量，引入有效质量的意义何在？有效质量与惯性质量的区别是什么？ 2．说明元素半导体Si 、Ge 中主要掺杂杂质及其作用？ 3．说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围？ 4．什么是杂质的补偿，补偿的意义是什么？（四）问答题 1．说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同？要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么？（五）计算题 1．金刚石结构晶胞的晶格常数为a ，计算晶面（100）、（110）的面间距和原子面密度。 2．掺有单一施主杂质的N 型半导体Si ，已知室温下其施主能级D E 与费米能级F E 之差为 1.5B k T ，而测出该样品的电子浓度为 2.0×1016cm -3，由此计算：（a ）该样品的离化杂质浓度是多少？（b ）该样品的少子浓度是多少？（c ）未离化杂质浓度是多少？（d ）施主杂质浓度是多少？ 3．室温下的Si ，实验测得430 4.510 cm n -=?，153510 cm D N -=?，（a ）该半导体是N 型还是P 型的？（b ）分别求出其多子浓度和少子浓度。（c ）样品的电导率是多少？（d ）计算该样品以本征费米能级i E 为参考的费米能级位置。 4．室温下硅的有效态密度1932.810 cm c N -=?，1931.110 cm v N -=?，0.026 eV B k T =，禁带宽度 1.12 eV g E =，如果忽略禁带宽度随温度的变化

【合肥工业大学】【半导体器件物理】试卷含答案剖析

《半导体器件物理》试卷（二）标准答案及评分细则一、填空（共24分，每空2分） 1、PN结电击穿的产生机构两种；答案：雪崩击穿、隧道击穿或齐纳击穿。 2、双极型晶体管中重掺杂发射区目的；答案：发射区重掺杂会导致禁带变窄及俄歇复合，这将影响电流传输，目的为提高发射效率，以获取高的电流增益。 3、晶体管特征频率定义； β时答案：随着工作频率f的上升，晶体管共射极电流放大系数β下降为1 =所对应的频率 f，称作特征频率。 T 4、P沟道耗尽型MOSFET阈值电压符号；答案：0 V。 > T 5、MOS管饱和区漏极电流不饱和原因；答案：沟道长度调制效应和漏沟静电反馈效应。 6、BV CEO含义；答案：基极开路时发射极与集电极之间的击穿电压。 7、MOSFET短沟道效应种类；答案：短窄沟道效应、迁移率调制效应、漏场感应势垒下降效应。 8、扩散电容与过渡区电容区别。答案：扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。二、简述（共20分，每小题5分） 1、内建电场；答案：P型材料和N型材料接触后形成PN结，由于存在浓度差，N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，而在N区的施主正离子中心固定不动，出现净的正电荷，同样P区的受主负离子中心也固定不动，出现净的负电荷，于是就会产生空间电荷区。在空间电荷区内，电子和空穴又会发生漂移运动，它的方向正好与各自扩散运动的方向相反，在无外界干扰的情况下，最后将达到动态平衡，至此形成内建电场，方向由N区指向P区。 2、发射极电流集边效应；答案：在大电流下，基极的串联电阻上产生一个大的压降，使得发射极由边缘到中心的电场减小，从而电流密度从中心到边缘逐步增大，出现了发射极电流在靠近基区的边缘逐渐增大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区

09级半导体器件物理A卷答案

一、选择题：（含多项选择，共30分，每空1分，错选、漏选、多选均不得分） 1．半导体硅材料的晶格结构是（ A ） A 金刚石 B 闪锌矿 C 纤锌矿 2．下列固体中，禁带宽度Eg 最大的是（ C ）Ａ金属Ｂ半导体Ｃ绝缘体 3．硅单晶中的层错属于（ C ）Ａ点缺陷Ｂ线缺陷Ｃ面缺陷 4．施主杂质电离后向半导体提供（ B ），受主杂质电离后向半导体提供（ A ），本征激发后向半导体提供（ A B ）。 A 空穴 B 电子 5．砷化镓中的非平衡载流子复合主要依靠（ A ） A 直接复合 B 间接复合 C 俄歇复合 6．衡量电子填充能级水平的是（ B ）Ａ施主能级Ｂ费米能级Ｃ受主能级 D 缺陷能级 7．载流子的迁移率是描述载流子( A )的一个物理量；载流子的扩散系数是描述载流子( B )的一个物理量。 A 在电场作用下的运动快慢 B 在浓度梯度作用下的运动快慢 8．室温下，半导体Si 中掺硼的浓度为1014cm －3，同时掺有浓度为1.1×1015cm － 3的磷，则电子浓度约为（ B ），空穴浓度为（ D ），费米能级（ G ）；将该半导体升温至570K ，则多子浓度约为（ F ），少子浓度为（ F ），费米能级（ I ）。（已知：室温下，ni ≈1.5×1010cm － 3，570K 时，ni ≈2×1017cm － 3） A 1014cm －3 B 1015cm －3 C 1.1×1015cm － 3 D 2.25×105cm －3 E 1.2×1015cm －3 F 2×1017cm － 3 G 高于Ei H 低于Ei I 等于Ei 9．载流子的扩散运动产生（ C ）电流，漂移运动产生（ A ）电流。 A 漂移 B 隧道 C 扩散 10．下列器件属于多子器件的是（ B D ）Ａ稳压二极管Ｂ肖特基二极管Ｃ发光二极管 D 隧道二极管 11．平衡状态下半导体中载流子浓度n 0p 0=n i 2，载流子的产生率等于复合率，而当np

《半导体物理学》期末考试试卷(A卷)-往届

赣南师范学院 2010–2011学年第一学期期末考试试卷（A 卷）开课学院：物电学院课程名称：半导体物理学考试形式：闭卷，所需时间：120分钟注意事项：1、教师出题时请勿超出边界虚线； 2、学生答题前将密封线外的内容填写清楚，答题不得超出密封线； 3、答题请用蓝、黑钢笔或圆珠笔。一、填空题（共30分，每空1分） 1、半导体中有电子和空穴两种载流子，而金属中只有电子一种载流子。 2、杂质原子进入材料体内有很多情况，常见的有两种，它们是替代式杂质和间隙式杂质。 1、 3、根据量子统计理论，服从泡利不相容原理的电子遵从费米统计率，对于能量为E 的一个量子态，被一个电子占据的概率为()f E ，表达式为， ()f E 称为电子的费米分布函数，它是描写在热平衡状态下，电子在允许的量子态上如何分布的一个统计分布函数。当0F E E k T ->>时，费米分布函数转化为 ()B f E ，表达式为，()B f E 称为电子的玻尔兹曼分布函数。在 0F E E k T ->>时，量子态被电子占据的概率很小，这正是玻尔兹曼分布函数适用的范围。费米统计率与玻尔兹曼统计率的主要差别在于前者受泡利不相容原理的限制，而在0F E E k T ->>的条件下，该原理失去作用，因而两种统计的结果变成一样了。 4、在一定温度下，当没有光照时，一块n 型半导体中，电子为多数载流子，空穴是少数载流子，电子和空穴的浓度分别为0n 和0p ，则0n 和0p 的关系为大于，当用g h E ν>>（该半导体禁带宽度）的光照射该半导体时，光子就能把价带电子激发到导带上去，此时会产生电子空穴对，使导带比平衡时多出一部分电子n ，价带比平衡时多出一部分空穴p ，n 和p 的关系为，这时把非平衡电子称为非平衡多数载流子，而把非平衡空穴称为非平衡少数载流子。在一般小注入情况下，在半导体材料中，非平衡多数载流子带来的影响可忽略，原因是注入的非平衡多数载流子浓度比平衡时的多数载流子浓度小得多，而非平衡少数载流子却往往起着重要作用，原因是 2、注入的非平衡少数载流子浓度比平衡时的少数载流子浓度大得多。 5、非平衡载流子的复合，就复合的微观机构讲，大致可分为两种，直接复合和间接复合，直接复合是指电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合，间接复合是指电子和空穴通过禁带的能级（复合中心）进行复合。载流子在复合时，一定要释放出多余的能量，放出能量的方法有三种，分别为、、 3、发射光子发射声子将能量给予其它载流子，增加它们的动能。 6、在外加电场和光照作用下，使均匀掺杂的半导体中存在平衡载流子和非平衡载流子，由于半导体表面非平衡载流子浓度比内部高，从而非平衡载流子在半导体中作运动，从而形成电流，另外，由于外加电场的作用，半导体中的所有载流子会作运动，从而形成电流。二、选择题（共10分，每题2分） 1、本征半导体是指的半导体。 A 、不含杂质和缺陷 B 、电子密度与空穴密度相等 C 、电阻率最高 D 、电子密度与本征载流子密度相等 2、在Si 材料中掺入P ，则引入的杂质能级 A 、在禁带中线处 B 、靠近导带底 C 、靠近价带顶 D 、以上都不是 3、以下说法不正确的是 A 、价带电子激发成为导带电子的过程，称为本征激发。 B 、本征激发后，形成了导带电子和价带空穴，在外电场作用下，它们都将参与导电。 C 、电子可以从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态，并向晶格释放能量。 D 、处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热载流子。 4、以下说法不正确的是

半导体器件工艺与物理期末必考题材料汇总

半导体期末复习补充材料一、名词解释１、准费米能级费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，而当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，可以认为分就导带和价带中的电子来讲，它们各自处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的能级，称为“准费米能级”，分别用E F n、E F p表示。２、直接复合、间接复合直接复合—电子在导带和价带之间直接跃迁而引起电子和空穴的直接复合。间接复合—电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合。３、扩散电容 PN结正向偏压时，有空穴从P区注入N区。当正向偏压增加时，由P区注入到N区的空穴增加，注入的空穴一部分扩散走了，一部分则增加了N区的空穴积累，增加了载流子的浓度梯度。在外加电压变化时，N扩散区内积累的非平衡空穴也增加，与它保持电中性的电子也相应增加。这种由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应，称为P-N结的扩散电容。用CD表示。 4、雪崩击穿随着PN外加反向电压不断增大，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流子受电场加速获得很高的动能，与晶格点阵原子发生碰撞使之电离，产生新的电子—空穴对，再被电场加速，再产生更多的电子—空穴对，载流子数目在空间电荷区发生倍增，犹如雪崩一般，反向电流迅速增大，这种现象称之为雪崩击穿。 1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。 3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE 电压控制。 4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是寄生参数小，响应速度快等。 5、PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发生雪崩击穿的条件为V B>6E g/q。 6、当MOSFET进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因有沟道长度调制效应，漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应。二、简答题 1、发射区重掺杂效应及其原因。答：发射区掺杂浓度过重时会引起发射区重掺杂效应，即过分加重发射区掺杂不但不能提高注入效率γ，反而会使其下降。原因：发射区禁带宽度变窄和俄歇复合效应增强

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半导体器件物理复习题一．平衡半导体：概念题： 1. 平衡半导体的特征（或称谓平衡半导体的定义）所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体，是指无外界（如电压、电场、磁场或温度梯度等）作用影响的半导体。在这种情况下，材料的所有特性均与时间和温度无关。 2. 本征半导体：本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。 3. 受主（杂质）原子：形成P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素）。 4. 施主（杂质）原子：形成N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素）。 5. 杂质补偿半导体：半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。 6. 兼并半导体：对N 型掺杂的半导体而言，电子浓度大于导带的有效状态密度，费米能级高于导带底（0F c E E ->）；对P 型掺杂的半导体而言，空穴浓度大于价带的有效状态密度。费米能级低于价带顶（0F v E E -<）。 7. 有效状态密度：穴的有效状态密度。 8. 以导带底能量c E 为参考，导带中的平衡电子浓度：

其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。 9. 以价带顶能量v E 为参考，价带中的平衡空穴浓度：其含义是：价带中的平衡空穴浓度等于价带中的有效状态密度乘以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。 10. 11. 12. 13. 14. 本征费米能级Fi E ：是本征半导体的费米能级；本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近， g c v E E E =-。？ 15. 本征载流子浓度i n ：本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度00i n p n ==。硅半导体，在 300T K =时，1031.510i n cm -=?。 16. 杂质完全电离状态：当温度高于某个温度时，掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质；掺杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质，称谓杂质完全电离状态。 17. 束缚态：在绝对零度时，半导体内的施主杂质与受主杂质成电中性状态称谓束缚态。束缚态时，半导体内的电子、空穴浓度非常小。 18. 本征半导体的能带特征：

半导体器件物理第6章习题及答案

第六章金属-氧化物-半导体场效应晶体管 6-3．在受主浓度为3 16 10-cm 的P 型硅衬底上的理想MOS 电容具有0.1um 厚度的氧化层， 40=K ，在下列条件下电容值为若干？（a ）V V G 2+=和Hz f 1=，（b ） V V G 20=和Hz f 1=，（c ）V V G 20+=和MHz f 1=。解答：（1）V V G 2+=，Hz f 1= 由 si B TH C Q V ψ+- =0 14 830004 048.8510 3.5410(/)0.110K C F cm x ε----??===?? )(70.010 5.110ln 02 6.02ln 2210 16 V n N V i a T f si =??===φψ si a s dm a B qN k x qN Q ψε02-=-= 7.010106.110854.8122161914???????-=-- )/(1088.42 8 cm C -?-= 则 )(08.270.01054.31088.48 8 0V C Q V si B TH =+??=+-=--ψ TH G V V < ，则 2 10 2 00 00) 21(εs a G s S k qN V C C C C C C C + = += 2 114 1619168 )1085.81210106.12 1054.321(1054.3---????????+?= )/(1078.128cm F -?= b) V V G 20=，Hz f 1= G TH V V >，低频

)/(1054.32 80cm F C C -?==∴ c) V V G 20+=,MHz f 1= G TH V V >，因为高频，总电容为0C 与S C 串联 820 min 3.4810(/)s s s dm k C C F cm x ε-== == =? 则 )/(1075.1280 cm F C C C C C s s -?=+= 6-4．采用叠加法证明当氧化层中电荷分布为)(x ρ时，相应的平带电压变化可用下式表示： () x FB q x x V dx C x ρ?=- ? 解答：如右图所示，消除电荷电荷片dx x q )(ρ的影响所需平带电压： 000 000)()()()(C x dx x xq x x x k dx x q x C dx x q dV FB ρερρ-=-=-= 由 00x →积分： () x FB q x x V dx C x ρ?=- ? 6-6．利用习题6-3中的结果对下列情形进行比较。 (a) 在MOS 结构的氧化层中均匀分布着2 12 105.1-?cm 的正电荷，若氧化层的厚度为150nm ，计算出这种电荷引起的平带电压。 (b) 若全部电荷都位于硅-氧化硅的界面上，重复(a)。 (c) 若电荷成三角分布，它的峰值在0=x ，在0x x =处为零，重复(a)。解答：（1) 电荷分布 00 )(Q dx x x =? ρ，因为电荷均匀分布，所以 FB V ?

08级半导体器件物理A卷答案

1．在半导体材料中， Si 、Ge 属于第一代半导体材料的，它们的晶格结构是典型的金刚石结构，能带结构属于间接带隙型的； GaAs 属于第二代半导体材料的，它们的晶格结构是典型的闪锌矿结构，能带结构属于直接带隙型的（直接或间接）。 2．一般情况下，在纯净的半导体中掺磷使它成为Ｎ型半导体，在纯净的半导体中掺硼，使它形成Ｐ型半导体。通常把形成Ｎ型半导体的杂质称为施主杂质，把形成Ｐ型半导体的杂质称为受主杂质。 3．费米能级是衡量电子填充能级的水平，平衡ＰＮ结的标志是有统一的费米能级。 4．ＰＮ结击穿共有三种：雪崩击穿、隧道击穿、热击穿，击穿现象中，电流增大的基本原因不是由于迁移率增大，而是由于载流子浓度增加，一般掺杂浓度下，雪崩击穿机构是主要的，当杂质浓度较高，且反向电压不高时，易发生隧道击穿。 5．MIS 结构外加栅压时，半导体表面共有三种状态：积累、耗尽、反型。二、选择题：（共20分每空1分） 1．硅单晶中的空位属于（ A ）Ａ点缺陷Ｂ线缺陷Ｃ面缺陷 2．半导体晶体中原子结合的性质主要是（ A ）。 A 共价键结合 B 金属键结合 C 离子键结合 3．下列能起有效复合中心作用的物质是（ B ） A 硼（ B ） B 金（Au ） C 磷（P ） D 铝（Al ） 4．载流子的迁移率是描述载流子( A )的一个物理量；载流子的扩散系数是描述载流子( B )的一个物理量。 A 在电场作用下的运动快慢 B 在浓度梯度作用下的运动快慢 5．载流子的扩散运动产生（ C ）电流，漂移运动产生（ A ）电流。 A 漂移 B 隧道 C 扩散 6．实际生产中，制作欧姆接触最常用的方法是（ A ）Ａ重掺杂的半导体与金属接触Ｂ轻掺杂的半导体与金属接触 7．MIS 结构半导体表面出现强反型的临界条件是（ B ）。（V S 为半导体表面电势；qV B =E i -E F ） A V S =V B B V S =2V B C V S =0 8．pn 结反偏状态下，空间电荷层的宽度随外加电压数值增加而（ A ）。 A ．展宽 B ．变窄 C ．不变 9．在开关器件及与之相关的电路制造中，（ C ）已作为缩短少数载流子寿命的有效手段。 A 钝化工艺 B 退火工艺 C 掺金工艺 10．真空能级和费米能级的能值差称为（ A ） A 功函数 B 亲和能 C 电离电势装订班级姓名学号成绩常州信息职业技术学院 2009 －2010 业技术学院 2009 －2010 学年第一 2009 －

半导体器件物理复习题1

半导体器件与工艺原理复习题一．平衡半导体：概念题： 1. 平衡半导体的特征（或称谓平衡半导体的定义）所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体，是指无外界（如电压、电场、磁场或温度梯度等）作用影响的半导体。在这种情况下，材料的所有特性均与时间和温度无关。 2. 本征半导体：本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。 3. 受主（杂质）原子：形成P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素）。 4. 施主（杂质）原子：形成N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素）。 5. 杂质补偿半导体：半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。 6. 兼并半导体：对N 型掺杂的半导体而言，电子浓度大于导带的有效状态密度，其费米能级大于导带底能量（0F c E E ->）；对P 型掺杂的半导体而言，空穴浓度大于价带的有效状态密度。其费米能级小于价带顶能量（0F v E E -<）。

7. 有效状态密度：在导带能量范围（ ~c E ∞ ）内，对导带量子态密度函数 8. 以导带底能量c E 为参考，导带中的平衡电子浓度：其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。 9. 以价带顶能量v E 为参考，价带中的平衡空穴浓度：其含义是：价带中的平衡空穴浓度等于价带中的有效状态密度乘以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。 10.

11. 12. 13. 14. 本征费米能级Fi E ：指本征半导体的费米能级；本征半导体费米能级的位置位于禁带带宽度g c v E E E =-。？ 15. 本征载流子浓度i n ：本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度 00i n p n ==。硅半导体，在300T K =时，1031.510i n cm -=?。 16. 杂质完全电离状态：当温度高于某个温度时，掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质；掺杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质，称谓杂质完全电离状态。 17. 束缚态：在绝对零度时，半导体内的施主杂质与受主杂质成电中性状态称谓束缚态。束缚态时，半导体内的电子、空穴浓度非常小。 18. 本征半导体的能带特征：本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，且跟温度有关。如果电子和空穴的有效质量严格相等，那么本征半导体费米能级

半导体器件物理(第二版)第二章答案

2-1．P N + 结空间电荷区边界分别为p x -和n x ，利用 2T V V i np n e =导出)(n n x p 表达式。给出N 区空穴为小注入和大注入两种情况下的)(n n x p 表达式。解：在 n x x =处 ()()??? ??? ???? ??-=?? ? ??-=KT E E n x n KT E E n x p i Fn i n n FP i i n n exp exp ()()VT V i Fp Fn i n n n n e n KT E E n x n x p 22exp =? ?? ? ??-= 而 ()()()000n n n n n n n n n n n n p x p p p n x n n n p x =+?≈?=+?=+ （n n n p ?=?） ()()T T V V i n n n V V i n n n e n p n p e n n n p 202 0=?+?=?+ 200 1T V V n i n n n p n p e n n ???+= ??? T V V 22n n0n i p +n p -n e =0 T V V 2 2n0n0i n -n +n +4n e p = (此为一般结果) 小注入：（0 n n n p <>? 且 n n p p ?= 所以 T V V i n e n p 22=或 T V V i n e n p 2= 2-2．热平衡时净电子电流或净空穴电流为零，用此方法推导方程

08级半导体器件物理期末B卷答案

一、填空题（共25分每空１分）１、硼、铝、镓等三族元素掺入到硅中，所形成的能级是受主（施主能级或受主能级）；砷、磷等五族元素掺入到硅中，所形成的能级是施主（同上）。２、平衡状态下，我们用统一的费米能级ＥＦ来标志电子填充能级的水平，在非平衡状态下，导带中的电子填充能级的水平是用导带费米能级（ＥＦn ）来衡量，价带中电子填充能级的水平是用价带费米能级（ＥＦp ）来衡量。３、载流子的散射机构主要有电离杂质散射和晶格振动散射。５、ＰＮ结击穿共有三种：雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿６、晶体管的品种繁多，按其结构分可分为双极型、 MOS 晶体管。在电子电路应用中，主要有两种接法即：共基极和共射极，其标准偏置条件为：发射极正向偏置、集电极反向偏置。７、P 型半导体的MIS 结构外加栅压时，共有三种状态：积累、耗尽、反型。８、真空能级和费米能级的能量差称为功函数，真空能级和半导体导带底的能量差称为亲和能。 9、在二极管中，外加反向电压超过某一数值后，反向电流突然增大，这个电压叫击穿电压。 10、晶体管中复合与基区厚薄有关，基区越厚，复合越多，因此基区应做得较薄（较厚或较薄）。 11、载流子的扩散运动产生扩散电流，漂移运动产生漂移电流。 12、在开关器件及与之相关的电路制造中，掺金工艺已作为缩短少数载流子寿命的有效手段。二、判断题（共10分，每题1分） 1、位错是半导体材料中的一种常见的线缺陷。（ R ） 2、在高温本征激发时，本征激发所产生的载流子数将远多于杂质电离所产生的载流子数。（ R ） 3、电离杂质散射与半导体中杂质浓度成正比。（R ） 4、由注入所引入的非平衡载流子数，一定少于平衡时的载流子数，不管是多子还是少子。（ F ） 5、非平衡少子浓度衰减到产生时的1/e 时的时间，称为非平衡载流子的寿命。（R ） 6、俄歇复合是一种辐射复合。（ F ） 7、爱因斯坦关系式表明了非简并情况下载流子的迁移率和扩散系数直接的关系。（R ） 8、在大的正向偏压时，扩散电容起主要的作用。（R ） 9、齐纳击穿是一种软击穿。 ( F ) 10、半导体的电导率随掺杂浓度的增加而增加。（ R ）二、选择题：（单选多选均有共２０分每题２分）１．下列对纯净半导体材料特性叙述正确的是 A 、D Ａ半导体的电阻率在导体和绝缘体之间Ｂ半导体的电阻率随温度的上升而升高。Ｃ半导体的电阻率随温度的上升而减小。Ｄ半导体的电阻率可以在很大范围内变化。２．下列器件中导电载流子是多子器件的是 B Ａ稳压二极管Ｂ肖特基二极管Ｃ发光二极管Ｄ变容二极管３．电子的迁移率是 A 空穴的迁移率。Ａ大于Ｂ等于Ｃ小于４．下列固体中，禁带宽度Eg 最大的是 C Ａ金属Ｂ半导体Ｃ绝缘体５．半导体与金属Al 形成良好的欧姆接触的结构形式有 B 、D Ａ Al-n-n + Ｂ Al-n +-n Ｃ Al-p-p + D Al-p +-p ６．晶体中内层电子有效质量 A 外层电子的有效质量。Ａ大于Ｂ等于Ｃ小于Ｄ不一定７．原子构成的平面在x 、y 、z 轴上的截距分别为－２、３、４，则其密勒指数为 A Ａ（６，４，３）Ｂ（６，４，３） C （２，３，４） D （２，３，４）８．Pn 结耗尽层中（如图所示）电场强度最大的地方是 C Ａ pp ’ Ｂ xx ’ Ｃ nn ’ Ｄ一样大 P x n ９．最能起到有效的复合中心作用的杂质是 A Ａ深能级杂质Ｂ浅能级杂质Ｃ中等能级杂质１０．在下列半导体中，费米能级最高的是 C A 强P 型 B 弱P 型 C 强N 型 D 弱N 型三、名词解释(共15分每题5分) １、准费米能级费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，而当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，可以认为分就导带和价带中的电子来讲，它们各自处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的能级，称为“准费米能级”，分别用E F n 、E F p 表示。２、直接复合、间接复合直接复合—电子在导带和价带之间直接跃迁而引起电子和空穴的直接复合。间接复合—电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合。装订班级姓名学号成绩常州信息职业技术学院 2009 －2010 业技术学院 2009 －2010 学年第一 2009 －2010 学年第一

半导体器件物理复习总结题完整版本.doc

实用文档半导体器件物理复习题一．平衡半导体：概念题： 1. 平衡半导体的特征（或称谓平衡半导体的定义）所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体，是指无外界（如电压、电场、磁场或温度梯度等）作用影响的半导体。在这种情况下，材料的所有特性均与时间和温度无关。 2. 本征半导体：本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。 3. 受主（杂质）原子：形成 P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素）。 4. 施主（杂质）原子：形成 N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素）。 5. 杂质补偿半导体：半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。 6. 兼并半导体：对 N 型掺杂的半导体而言，电子浓度大于导带的有效状态密度，费米能级高于导带底（ E F E c 0 ）；对 P 型掺杂的半导体而言，空穴浓度大于价带的有效状态密度。费米能级低于价带顶（ E F E v 0 ）。 7. 有效状态密度： 4 2m n * 3/2 在导带能量范围（ E c ~ ）内，对导带量子态密度函数 E E c 与 g c E h 3 电子玻尔兹曼分布函数 f F E E E F 的乘积进行积分（即 exp kT

4 * 3/2 * 3 2 2m n E E F 2 m n kT n 0 h 3 E E c exp dE ）得到的 N c 2 称谓导带中 E c kT h 2 电子的有效状态密度。 4 2m *p 3/2 在价带能量范围（ ~ E v ）内，对价带量子态密度函数 g v E E v E 与 h 3 空穴玻尔兹曼函数 f F E exp E F E 的乘积进行积分（即 kT E v 4 2m * p 3/2 2 m * 3 kT 2 E F E p 0 h 3 E v E exp dE ）得到的 N v 2 p 称谓价带空 kT h 2 穴的有效状态密度。 8. 以导带底能量 E c 为参考，导带中的平衡电子浓度： E c E F 其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘 n 0 N c exp kT 以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。 9. 以价带顶能量 E v 为参考，价带中的平衡空穴浓度： p 0 E F E v 其含义是：价带中的平衡空穴浓度等于价带中的有效状态密度乘 N v exp kT 以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。 4 2m n * 3/2 10. 导带量子态密度函数 g c E E c E h 3 4 2m *p 3/2 11. 价带量子态密度函数 g v E v E E h 3 3 12. 导带中电子的有效状态密度 N c 2 m n * kT 2 2 h 2 3 13. 价带中空穴的有效状态密度 N v 2 m *p kT 2 ？ 2 h 2

半导体器件物理题库

（）半导体中的电子浓度越大，则空穴浓度越小。（）同一种材料中，电子和空穴的迁移率是相同的。（）非简并半导体处于热平衡状态的判据是n0p0=n i2。（）PN结空间电荷区宽度随反偏电压的增大而减小。（）MOSFET只有一种载流子（电子或空穴）传输电流。（）平衡PN结中费米能级处处相等。（）双极性晶体管的放大作用是在工作在饱和区。（）要提高双极晶体管的直流电流放大系数α、β值，就必须提高发射结的注入系数和基区输运系数。（）金属与N型半导体接触，如果金属的功函数大于半导体的功函数则形成欧姆接触，反之形成肖特基势垒接触。（）场效应晶体管的源极和漏极可以互换，双极型晶体管的发射极和集电极也是可以互换的。 1．下列固体中，禁带宽度Eg最大的是（） A金属 B 半导体 C 绝缘体D超导体 2．受主杂质电离后向半导体提供（） A 空穴 B 电子C质子D中子 3．硅中非平衡载流子的复合主要依靠（） A 直接复合 B 间接复合 C 俄歇复合D直接和间接复合 4．衡量电子填充能级水平的是（） A 施主能级 B 费米能级C受主能级 D 缺陷能级 5．室温下，半导体Si中掺硼的浓度为1014cm－3，同时掺有浓度为1.1×1015cm－3的磷，则空穴浓度约为（）。（已知：室温下，ni≈1.5×1010cm-3，570K时，ni≈2×1017cm-3） A 1014cm-3 B 1015cm-3 C 1010cm-3 D 105cm-3

6．MIS 结构半导体表面出现强反型的临界条件是（）。（V S 为半导体表面电势；qV B =E i -E F ） A V S =V B B V S =2V B C V S =0 7．晶体管中复合与基区厚薄有关，基区越厚，复合越多，因此基区应做得（） A ．较厚 B ．较薄 C ．很薄 8． pn 结反偏状态下，空间电荷层的宽度随外加电压数值增加而（）。 A ．展宽 B ．变窄 C ．不变 9．平面扩散型双极晶体管中掺杂浓度最高的是（） A 发射区 B 基区 C 集电区 10．栅电压为零，沟道不存在，加上一个负电压才能形成电子沟道，该MOSFET 为（） A. P 沟道增强型 B. P 沟道耗尽型 C. N 沟道增强型 D. N 沟道耗尽型三、简答（每题5分，共30分） *半导体中的电荷输运机理？半导体中存在两种基本的电荷输运机理，一种称谓载流子的漂移，漂移引起的载流子流动与外加电场有关；另一种电荷输运现象称谓载流子的扩散，它是由杂质浓度梯度引起的（或理解为有“扩散力”存在引起的电荷输运）。 *费米能级随掺杂浓度是如何变化的？如果掺杂浓度a i N n >>，且a d N N >>利用（5）式得到，0a p N ≈；