半导体器件物理试题

半导体器件物理试题

1.P-N结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的原理

2.简述晶体管开关的原理

3.简述晶体管4个频率参数的定义并讨论它们之间的大小关系

4.简述弗仑克耳缺陷和肖特基缺陷的特点、共同点和关系

5.以NPN型晶体管为例,试论述晶体管在不同工作模式下基区少数载流子分

布特征及与晶体管输出特性间的关系

6.请阐述MOSFET的基本结构并结合示意图说明在不同外置电压情况下其工

作状态和输出特性

7.叙述非平衡载流子的产生和复合过程,并描述影响非平衡载流子寿命的因素

8.论述在外加直流电压下P-N结势垒的变化、载流子运动以及能带特征

9.试叙述P-N结的形成过程以及P-N结外加电压时其单向导电特征

10.何谓截止频率、特征频率及振荡频率,请叙述共发射极短路电流放大系数与

频率间的关系

11.请叙述晶体管四种工作模式并分析不同模式下基区少数载流子的分布特征

12.请画出P型半导体理想MOS的C-V曲线,并叙述曲线在不同外加电信号作

用下的曲线特征及原因

13.影响MOS的C-V特性的因素有哪些?它们是如何影响C-V曲线的

14.MOS中硅-二氧化硅,二氧化硅层中有哪些影响器件性能的不利因素

15.介绍MIS结构及其特点,并结合能带变化论述理想MIS结构在加不同偏压

时半导体表面特征

16.晶体管具备放大能力须具备哪些条件

17.饱和开关电路和非饱和开关电路的区别(各自有缺点)是什么

18.简述势垒区正负空间电荷区的宽度和该区杂质浓度的关系

19.结合能带图简述绝缘体、半导体及导体的导电能力

20.说明晶体管具有电信号放大能力的条件并画出不同情况下晶体管的输入输

出曲线并描述其特征

21.请画图并叙述晶体管电流放大系数与频率间的关系

22.请画出MOSFET器件工作中的输出特性及转移特性曲线并描述其特征

23.请叙述双极型晶体管和场效应晶体管的工作原理及区别

24.画出CMOS倒相器的工作图并叙述其工作原理

25.提高双极型晶体管功率增益的途径有哪些

26.请描述双极型晶体管大电流特性下的三个效应

27.画出共基极组态下的晶体管输入及输出特性曲线

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

半导体器件物理_复习重点

第一章 PN结 1.1 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。 1.2 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。 1.3 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。

1.4 空间电荷区的宽度计算 n d p a x N x N = 1.5 PN 结电容的计算 第二章 PN 结二极管 2.1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。 2.2 少数载流子分布(边界条件和近似分布) 2.3 理想PN 结电流 ?? ????-??? ??=1exp kT eV J J a s ?? ? ? ? ?+=+= 0020 11p p d n n a i n p n p n p s D N D N en L n eD L p eD J ττ 2.4 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。

《半导体器件》习题及参考答案

第二章 1 一个硅p -n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结,a=1019cm -4,n 型一侧为均匀掺杂,杂质浓度为3×1014cm -3,在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8μm,求零偏压下的总耗尽层宽度、内建电势和最大电场强度。 解:)0(,22≤≤-=x x qax dx d p S εψ )0(,2 2n S D x x qN dx d ≤≤-=εψ 0),(2)(22 ≤≤--=- =E x x x x qa dx d x p p S εψ n n S D x x x x qN dx d x ≤≤-=- =E 0),()(εψ x =0处E 连续得x n =1.07μm x 总=x n +x p =1.87μm ?? =--=-n p x x bi V dx x E dx x E V 0 516.0)()( m V x qa E p S /1082.4)(25 2max ?-=-= ε,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。 2 一个理想的p-n 结,N D =1018cm -3,N A =1016cm -3,τp=τn=10-6s ,器件的面积为1.2×10-5cm -2,计算300K 下饱和电流的理论值,±0.7V 时的正向和反向电流。 解:D p =9cm 2/s ,D n =6cm 2/s cm D L p p p 3103-?==τ,cm D L n n n 31045.2-?==τ n p n p n p S L n qD L p qD J 0 + =

I S =A*J S =1.0*10-16A 。 +0.7V 时,I =49.3μA , -0.7V 时,I =1.0*10-16A 3 对于理想的硅p +-n 突变结,N D =1016cm -3,在1V 正向偏压下,求n 型中性区内存贮的少数载流子总量。设n 型中性区的长度为1μm,空穴扩散长度为5μm。 解:P + >>n ,正向注入:0)(2 202=---p n n n n L p p dx p p d ,得: ) sinh() sinh() 1(/00p n n p n kT qV n n n L x W L x W e p p p ---=- ??=-=n n W x n n A dx p p qA Q 20010289.5)( 4一个硅p +-n 单边突变结,N D =1015cm -3,求击穿时的耗尽层宽度,若n 区减小到5μm,计算此时击穿电压。 解:m V N E B g c /1025.3)1 .1E )q ( 101.148 14 32 1S 7 ?=?=( ε V qN E V B C S B 35022 == ε m qN V x B B S mB με5.212== n 区减少到5μm 时,V V x W x V B mB mB B 9.143])(1[2 2 /=--= 第三章 1 一个p +-n-p 晶体管,其发射区、基区、集电区的杂质浓度分别是5×1018,1016,1015cm -3,基区宽度W B 为1.0μm,器件截面积为3mm 2。当发射区-基区结上的正向偏压为0.5V ,集电区-基区结上反向偏压为5V 时,计算

半导体器件物理复习题

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: 在导带能量范围( ~c E ∞ )内,对导带量子态密度函数 导带中电子的有效状态密度。 在价带能量范围( ~v E -∞) 内,对价带量子态密度函数 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 : 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 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

半导体器件物理试题

1.P-N结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的原理 2.简述晶体管开关的原理 3.简述晶体管4个频率参数的定义并讨论它们之间的大小关系 4.简述弗仑克耳缺陷和肖特基缺陷的特点、共同点和关系 5.以NPN型晶体管为例,试论述晶体管在不同工作模式下基区少数载流子分 布特征及与晶体管输出特性间的关系 6.请阐述MOSFET的基本结构并结合示意图说明在不同外置电压情况下其工 作状态和输出特性 7.叙述非平衡载流子的产生和复合过程,并描述影响非平衡载流子寿命的因素 8.论述在外加直流电压下P-N结势垒的变化、载流子运动以及能带特征 9.试叙述P-N结的形成过程以及P-N结外加电压时其单向导电特征 10.何谓截止频率、特征频率及振荡频率,请叙述共发射极短路电流放大系数与 频率间的关系 11.请叙述晶体管四种工作模式并分析不同模式下基区少数载流子的分布特征 12.请画出P型半导体理想MOS的C-V曲线,并叙述曲线在不同外加电信号作 用下的曲线特征及原因 13.影响MOS的C-V特性的因素有哪些?它们是如何影响C-V曲线的 14.MOS中硅-二氧化硅,二氧化硅层中有哪些影响器件性能的不利因素 15.介绍MIS结构及其特点,并结合能带变化论述理想MIS结构在加不同偏压 时半导体表面特征 16.晶体管具备放大能力须具备哪些条件 17.饱和开关电路和非饱和开关电路的区别(各自有缺点)是什么 18.简述势垒区正负空间电荷区的宽度和该区杂质浓度的关系 19.结合能带图简述绝缘体、半导体及导体的导电能力 20.说明晶体管具有电信号放大能力的条件并画出不同情况下晶体管的输入输 出曲线并描述其特征 21.请画图并叙述晶体管电流放大系数与频率间的关系 22.请画出MOSFET器件工作中的输出特性及转移特性曲线并描述其特征 23.请叙述双极型晶体管和场效应晶体管的工作原理及区别 24.画出CMOS倒相器的工作图并叙述其工作原理 25.提高双极型晶体管功率增益的途径有哪些 26.请描述双极型晶体管大电流特性下的三个效应 27.画出共基极组态下的晶体管输入及输出特性曲线

【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

半导体器件物理课后习题解答

半导体器件物理课后作业 第二章 对发光二极管(LED)、光电二极管(PD)、隧道二极管、齐纳二极管、变容管、快恢复二极管和电荷存储二极管这7个二端器件,请选择其中的4个器件,简述它们的工作原理和应用场合。 解: 发光二极管 它是半导体二极管的一种,是一种固态的半导体器件,可以把电能转化成光能;常简写为LED。 工作原理:发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少是不同的,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短;反之,则发出的光的波长越长。 应用场合:常用的是发红光、绿光或黄光的二极管,它们主要用于各种LED显示屏、彩灯、工作(交通)指示灯以及居家LED节能灯。 光电二极管 光电二极管(Photo-Diode)和普通二极管一样,也是由一个PN结组成的半导体器件,也具有单方向导电特性,但在电路中它不是作整流元件,而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。 工作原理:普通二极管在反向电压作用时处于截止状态,只能流过微弱的反向电流,光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大,以便接收入射光,而电极面积尽量小些,而且PN结的结深很浅,一般小于1微米。光电二极管是在反向电压作用下工作的,没有光照时,反向电流极其微弱,叫暗电流;当有光照时,携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生电子—空穴对,称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动,使反向电流迅速增大到几十微安,光的强度越大,反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下,所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 光电二极管有多种类型,用途也不尽相同,主要有以下几种: PN型特性:优点是暗电流小,一般情况下,响应速度较低。 用途:照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。 PIN型特性:缺点是暗电流大,因结容量低,故可获得快速响应 用途:高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真 发射键型特性:使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体 用途:主要用于紫外线等短波光的检测 雪崩型特性:响应速度非常快,因具有倍速做用,故可检测微弱光 用途:高速光通信、高速光检测 隧道二极管 隧道二极管(Tunnel Diode)又称为江崎二极管,它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。隧道二极管是采用砷化镓(GaAs)和锑化镓(GaSb)等材料混合制成的半

半导体器件物理复习

第一章 1、费米能级和准费米能级 费米能级:不是一个真正的能级,是衡量能级被电子占据的几率的大小的一个标准,具有决定整个系统能量以及载流子分布的重要作用。 准费米能级:是在非平衡状态下的费米能级,对于非平衡半导体,导带和价带间的电子跃迁失去了热平衡,不存在统一费米能级。就导带和价带中的电子讲,各自基本上处于平衡态,之间处于不平衡状态,分布函数对各自仍然是适应的,引入导带和价带费米能级,为局部费米能级,称为“准费米能级”。 2、简并半导体和非简并半导体 简并半导体:费米能级接近导带底(或价带顶),甚至会进入导带(或价带),不能用玻尔兹曼分布,只能用费米分布 非简并半导体:半导体中掺入一定量的杂质时,使费米能级位于导带和价带之间3、空间电荷效应 当注入到空间电荷区中的载流子浓度大于平衡载流子浓度和掺杂浓度时,则注入的载流子决定整个空间电荷和电场分布,这就是空间电荷效应。在轻掺杂半导体中,电离杂质浓度小,更容易出现空间电荷效应,发生在耗尽区外。 4、异质结 指的是两种不同的半导体材料组成的结。 5、量子阱和多量子阱 量子阱:由两个异质结或三层材料形成,中间有最低的E C和最高的E V,对电子和空穴都形成势阱,可在二维系统中限制电子和空穴 当量子阱由厚势垒层彼此隔开时,它们之间没有联系,这种系统叫做多量子阱 6、超晶格 如果势垒层很薄,相邻阱之间的耦合很强,原来分立的能级扩展成能带(微带),能带的宽度和位置与势阱的深度、宽度及势垒的厚度有关,这种结构称为超晶格。 7、量子阱与超晶格的不同点 a.跨越势垒空间的能级是连续的 b.分立的能级展宽为微带 另一种形成量子阱和超晶格的方法是区域掺杂变化 第二章 1、空间电荷区的形成机制 当这两块半导体结合形成p-n结时,由于存在载流子浓度差,导致了空穴从p区到n 区,电子从n区到p区的扩散运动。对于p区,空穴离开后,留下了不可动的带负电的电离受主,这些电离受主,没有正电荷与之保持电中性,所以在p-n结附近p 区一侧出现了一个负电荷区。同理,n区一侧出现了由电离施主构成的正电荷区,这些由电离受主和电离施主形成的区域叫空间电荷区。 2、理想p-n结 理想的电流-电压特性所依据的4个假设: a.突变耗尽层近似 b.玻尔兹曼统计近似成立 c.注入的少数载流子浓度小于平衡多数载流子浓度 d.在耗尽层内不存在产生-复合电流3、肖克莱方程(即理想二极管定律) 总电流之和J=J p+J n=J0[exp(qV kT )?1],其中J0=qD p0n i2 L p N D +qD n n i2 L n N A 肖克莱方程准确描述了在低电流密度下p-n结的电流-电压特性,但也偏离理想情形,原因:a耗尽层载流子的产生和复合b在较小偏压下也可能发生大注入c串联电阻效应d载流子在带隙内两个状态之间的隧穿表面效应 4、p-n结为什么是单向导电 在正向偏压下,空穴和电子都向界面运动,使空间电荷区变窄,电流可以顺利通过。在反向偏压下,空穴和电子都向远离界面的方向运动,使空间电荷区变宽,电流不能流过,反向电压增大到一定程度时,反向电流将突然增大,电流会大到将PN结烧毁,表现出pn结具有单向导电性。 5、扩散电容和势垒电容 扩散电容:p-n结正向偏置时所表现出的一种微分电容效应 势垒电容:当p-n结外加电压变化时,引起耗尽层的电荷量随外加电压而增多或减少,耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容。 6、击穿的机制 击穿仅发生在反向偏置下 a.热击穿:在高反向电压下,反向电流引起热损耗导致结温增加,结温反过来又增加了反向电流,导致了击穿 b.隧穿:在强电场下,由隧道击穿,使电子从价带越过禁带到达导带所引起的一种击穿现象 c.雪崩倍增:当p-n结加的反向电压增加时,电子和空穴获得更大的能量,不断发生碰撞,产生电子空穴对。新的载流子在电场的作用下碰撞又产生新的电子空穴对,使得载流子数量雪崩式的增加,流过p-n结的电流急剧增加,导致了击穿 6、同型异质结和反型异质结 同型异质结:两种不同的半导体材料组成的结,导电类型相同 异型异质结:两种不同的半导体材料组成的结,导电类型不同 8、异质结与常规的p-n结相比的优势 异质结注入率除了与掺杂比有关外,还和带隙差成指数关系,这点在双极晶体管的设计中非常关键,因为双极晶体管的注入比与电流增益有直接的关系,异质结双极晶体管(HBT)运用宽带隙半导体材料作为发射区以减小基极电流 第三章 1、肖特基二极管 肖特基二极管是一种导通电压降较低,允许高速切换的二极管,是利用肖特基势垒特性而产生的电子元件,一般为0.3V左右,且具有更好的高频特性 优点:其结构给出了近似理想的正向I-V曲线,其反向恢复时间很短,饱和时间大为减少,开关频率高。正向压降低,工作在0.235V 缺点:其反向击穿电压较低及方向漏电流偏大 2、肖特基二极管和普通二极管相比 优:开关频率高,正向电压降低缺:击穿电压低,反向电流大 3、欧姆接触 欧姆接触定义为其接触电阻可以忽略的金属-半导体接触 它不产生明显的附近阻抗,而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变,重掺杂的p-n结可以产生显著的隧道电流,金属和半导体接触时,如果半导体掺杂浓度很高,则势垒区宽度变得很薄,电子也要通过隧道效应贯穿势垒产生相当大的隧道流,甚至超过热电子发射电流而成为电流的主要成分。当隧道电流占主导地位时,它的接触电阻可以很小,可以用作欧姆接触。 制造欧姆接触的技术:a.建立一个更重掺杂的表面层 b.加入一个异质结,附加一个小带隙层材料、同种类型半导体的高掺杂区 4、整流接触 肖特基势垒是指具有整流特性的金属-半导体接触面(形成阻挡层),如同二极管具有整流特性。肖特基势垒相较于PN接面最大的区别在于具有较低的接面电压,以及在金属端具有相当薄的耗尽层宽度。 5、区别金属-半导体接触的电流输运主要依靠多子,而p-n结主要依靠少数载流子完成电流输运 第四章 1、MIS的表面电场效应 当VG=0时,理想半导体的能带不发生弯曲,即平带状态,在外加电场作用下,在半导体表面层发生的物理现象,主要在载流子的输运性质的改变。表面势及空间电荷区的分布随电压VG而变化。归纳为三种情况:积累,耗尽,反型。对于p型半导体 多子积累:当金属板加负电压时,半导体表面附近价带顶向上弯曲并接近于费米能级,对理想的MIS电容,无电流流过,所以费米能级保持水平。因为载流子浓度与能量差呈指数关系,能带向上弯曲使得多数载流子(空穴)在表面积累 耗尽:当施加小的正电压时,能带向下弯曲,多数载流子耗尽 反型:施加更大的正电压,能带更向下弯曲,以致本征费米能级和费米能级在表面附近相交,此时表面的电子(少数载流子)数大于空穴数,表面反型 2、解释MIS的C-V曲线图 高低频的差异是因为少数载流子的积累 a.低频时,左侧为空穴积累时的情形,有大的半导体微分电容,总电容接近于绝缘体电容;当负电压降为零时,为平带状态;进一步提高正向电压,耗尽区继续扩展,可将其看作是与绝缘体串联的、位于半导体表面附近的介质层,这将导致总电容下降,电容在达到一个最小值后,随电子反型层在表面处的形成再次上升,强反型时,电荷的增量不再位于耗尽层的边界处,而是在半导体表面出现了反型层导致了大的电容。 b.高频时,强反型层在φs≈2φB处开始,一旦强反型发生。耗尽层宽度达到最大,当能带弯曲足够大,使得φs=2φB时,反型层就有效的屏蔽了电场向半导体内的进一步渗透,即使是变化缓慢的静态电压在表面反型层引发附加电荷,高频小信号对于少数载流子而言变化也是很快的。增量电荷出现在耗尽层的边缘上 第五章 1、三种接法共基、共射、共集 2、四种工作状态 放大:发射极正偏,集电极反偏饱和:都正偏 截止:都反偏发向:发射极反偏,集电极正偏 3、Kirk效应(基区展宽效应) 在大电流状态下,BJT的有效基区随电流密度增加而展宽,准中性基区扩展进入集电区的现象,称为Kirk效应 产生有效基区扩展效应的机构主要是大电流时集电结N?侧耗尽区中可移动电荷中和离化的杂质中心电荷导致空间电荷区朝向远离发射结方向推移。 4、厄尔利效应(基区宽度调制效应) 当双极性晶体管(BJT)的集电极-发射极电压VCE改变,基极-集电极耗尽宽度WB-C(耗尽区大小)也会跟着改变。此变化称为厄利效应 5、发射区禁带宽度变窄 在重掺杂情况下,杂质能级扩展为杂质能带,当杂质能带进入了导带或价带,并相连在一起,就形成了新的简并能带,使能带的状态密度发生变化,简并能带的尾部伸入禁带,导致禁带宽度减小,这种现象称为禁带变窄效应。

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

半导体物理与器件第四版课后习题答案(供参考)

Chapter 4 4.1 ??? ? ? ?-=kT E N N n g c i exp 2υ ??? ? ??-??? ??=kT E T N N g O cO exp 3003 υ where cO N and O N υ are the values at 300 K. (b) Germanium _______________________________________ 4.2 Plot _______________________________________ 4.3 (a) ??? ? ??-=kT E N N n g c i exp 2υ ( )( )( ) 3 19 19 2 113001004.1108.2105?? ? ????=?T ()()?? ????-?3000259.012.1exp T () 3 382330010912.2105.2?? ? ???=?T ()()()()?? ????-?T 0259.030012.1exp By trial and error, 5.367?T K (b) () 252 12 2105.2105?=?=i n ( ) ()()()()?? ????-??? ???=T T 0259.030012.1exp 30010912.23 38 By trial and error, 5.417?T K _______________________________________ 4.4 At 200=T K, ()?? ? ??=3002000259.0kT 017267.0=eV At 400=T K, ()?? ? ??=3004000259.0kT 034533.0=eV ()()()() 172 22102 210025.31040.11070.7200400?=??= i i n n ? ? ????-??????-???? ??? ?? ??=017267.0exp 034533.0exp 3002003004003 3 g g E E ?? ? ???-=034533.0017267.0exp 8g g E E ()[] 9578.289139.57exp 810025.317-=?g E or ()1714.38810025.3ln 9561.2817=??? ? ???=g E or 318.1=g E eV Now ( ) 3 2 1030040010 70.7?? ? ??=?o co N N υ

《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:

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