半导体总复习

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1、掌握熟悉 了解第一章 半导体物理基础一、能带理论1、能带的形成、结构：导带、价带、禁带 当原子结合成晶体时，原子最外层的价电子实际上是被晶体中 所有原子所共有，称为共有化。 共有化导致电子的能量状态发生变化，产生了密集能级组成的 准连续能带-能级分裂 价带：绝对 0 度条件下被电子填充的能量最高的能带；结合成 共价键的电子填充的能带。 导带：绝对 0 度条件下未被电子填充的能量最低的能带2、导体、半导体、绝缘体的能带结构特点 禁带的宽度区别了绝缘体和半导体；而禁带的有无是导体和半 导体、绝缘体之间的区别；绝缘体是相对的，不存在绝对的绝 缘体。3、导电的前提：不满带的存在二、掺杂半导体1、两种掺

2、杂半导体的能级结构。2、杂质补偿的概念三、载流子统计分布1、费米函数、费米能级：公式 1-7-9 和 1-7-10，及其简化公式 1-7-11和 1-7-122、质量作用定律，只用于本征半导体：公式 1-7-273、用费米能级表示的载流子浓度：公式1-7-28和1-7-294、杂质饱和电离的概念（本征激发）5、杂质半导体费米能级的位置：公式1-7-33和 1-7-37。意义（图1-13，费米能级随着掺杂浓度和温度的变化）。6、杂质补充半导体的费米能级四、载流子的运输1、（1.8节）载流子的运动模式：散射一漂移一散射。平均弛豫时 间的概念2、迁移率，物理意义：公式1-9-4 和 1-9-5（迁移

3、率与电子自由运 动时间和有效质量有关），迁移率与温度和杂质浓度的关系3、电导率，是迁移率的函数：公式 1-9-10和1-9-114、在外电场和载流子浓度梯度同时存在的条件下，载流子运输公式：1-9-24 1-9-275、费米势：公式1-10-5 :电势与费米能级的转换6、以静电势表示的载流子浓度1-10-6和1-10-7或1-10-9和1-10-107、爱因斯坦关系：反映了扩散系数和迁移率的关系。在非热平衡状态下也成立。公式 1-10-11和1-10-12五、非平衡载流子1、概念：平衡与非平衡（能带间的载流子跃迁）；过剩载流子2、大注入和小注入3、产生率、复合率、净复合率4、非平衡载流子的寿命

4、：从撤销外力，到非平衡载流子消失。单位时间内每个非平衡载流子被复合掉的概率1人，净复合率AP /T5、载流子的寿命：反映衰减快慢的时间常数，标志着非平衡载流子在复合前平均存在的时间6、准费米能级 1-12-1、1-12-27、直接复合、间接复合8、非平衡少子寿命与本征半导体的关系：在掺杂半导体中，非平衡少子的寿命比在本征半导体中的短， T和多子浓度成反比，即与杂质浓度成反比。9、基本控制方程：1-15-3、 1-15-4、 1-15-2参考题（例子）1、请画出导体、半导体、绝缘体的能带结构示意图，并解释它们之间的区别。2、什么是费米能级？请写出费米函数。3、什么是质量作用定律？它的适用范围？4

5、、请写出N型和P型半导体的费米能级公式，并解释其费米能级与掺杂浓度和温度之间的关系。5、请画出两种杂质半导体的能级结构，并解释。第二章 PN 结、热平衡PN结1、PN结的形成，能带图形成原理以及结构（会画）E -E；2、突变和缓变PN结3、PN结的内建电势2-1-7和2-1-19=1 E W 020M5、泊松方程：电荷密度、电场、电势的关系4、电势和电场的面积关系：A屮倒二(p + N -n-N ) E = -dx2ksdadx0dEdx k0q+ N - n - N )da二、加偏压的PN结1、能带的变化特点：偏离平衡态，出现准费米能级（图 2-5）；2、扩散近似；正向注入和反向抽取：边界处

6、少子浓度与外加偏压的关系3、边界条件 2-2-1和2-2-12三、理想PN结的直流电流一电压特性1、理想情况的几个假设：（1）（4）2、能够画出正、反偏压下 PN 结少子分布、电流分布和总电流示意 图。（图 2-7、2一8）3、公式2-3-16及其近似2-3-224、空穴和电子的扩散长度表达式（P75）及意义（两个意义：扩散 区域；少子扩散电流衰减为 1/e）。空穴扩散区、电子扩散区L = (D t )1/2P P PL = (D t )1/2 n n n四、空间电荷区的复合电流和产生电流1、图 2一11，分三个阶段 低偏压：空间电荷区的复合电流占优势 偏压升高： 扩散电流占优势 更高偏压：

7、串联电阻的影响出现了五、隧道电流1、了解隧道电流的概念及产生条件。2、江崎二极管的电流-电压特性（图2-13）六、I-V 特性的温度依赖关系1、图2一14和2一15：在相同电压下，电流随温度升高。七、耗尽层电容（势垒电容、结电容）和扩散电容1、概念、形成原因2、扩散电容在低频正向偏压下特别重要。八、PN结二极管的频率特性1、 二极管等效电路图 2-19I2、 二极管直流电导或扩散电导gD = 厂T I丁扩散电容 C =4Td 2V九、电荷存储和反向瞬变1、PN结的开关作用。2、反向瞬变和电荷存储的概念3、根据 221的载流子分布，解释 220所示的电流、电压特性（分三个阶段）。十、PN结击穿1

8、、雪崩击穿的产生原理：碰撞电离、倍增效应。2、齐纳击穿：由隧道效应产生参考题（例子）1 、请画出 PN 结形成前后的能带图，并解释 PN 结形成过程2、什么是正向抽取和反向注入？3、耗尽层电容和扩散电容是如何形成的？4、分三个阶段解释反向瞬变。第三章 双极结型晶体管一、双极结型晶体管的结构1、NPN和PNP型晶体管的结构及电路符号。“双极型”的解释。2、图32：硅平面外延NPN晶体管的版图和截面图。3、图3-3：硅平面外延NPN晶体管的净掺杂浓度分布二、基本工作原理1、四种工作模式对应的偏压情况2、图3-5 NPN晶体管共基极放大电路图及对应能带图3、图 3-6：放大工作条件下的工作电流分量：

9、会画，解释各个电流 的形成原理。与图3-5相结合4、几个电流增益概念：发射极注射效率、基区运输因子、共基极电 流增益、共发射极电流增益。三、正向有源工作模式下的电流传输 1、放大条件下，基极电流和集电极电流的表示方法。(计算题) 图 3-11I = A qD (n / X )eqvBE /kTC E nB 0 B BI 沁 I =1 一A qD (dp / dx) 1= (A qD p / L )eqvBE/kTB pEE pE EE pE 0 E pE四、埃伯斯莫尔方程1、图3-15：四种工作模式下的少数载流子分布，会画。2、图 3-14： E-M 等效电路五、缓变基区晶体管1、基区杂质分布

10、不均；产生内建电场；加强电子漂移。Webster 效应：相当于扩散系数增加一倍。六、基区扩展电阻和电流聚集 1、发射极电流集聚效应：基区扩展电阻的存在，使发射结电压降低， 发射极电流集中在发射结边缘附近解决方法：采用周长/面积比很高的梳状结构。七、基区宽度调变效应1、基区宽度调变效应：基区宽度与VCE的关系2、Early效应：IC与VCE的关系八、晶体管的频率响应1、截至频率的概念2、各种频率的定义：共基极截至频率、共发射极截至频率、增益 带宽乘积3、影响载流子运输的4个延迟：基区渡越时间（公式3-8-1）发射 结过渡电容充电时间、集电结耗尽层渡越时间、集电结电容充电时间。 公式 3-8-15

11、 3-8-164、Kirk效应：也称为基区展宽效应十、晶体管的开关特性1、开：饱和状态关：截至状态2、理解：开关过程与载流子的存储和运输有关，需要有一个过程3、各开关时间的定义：导通时间、上升和下降时间、贮存时间4、最重要的贮存时间：定义，与该时间相对应的载流子的存储和运 输过程。十一、击穿电压1、根据击穿条件，分析“共发射极击穿电压BV比共基极击穿电压CB0BV 低很多”。CE0参考题（例子）1、当BJT工作在放大条件下时，画出电流分布2、名词解释：Webster效应、Kirk效应、Early效应3、请根据基区载流子的变化过程，解释晶体管的开关特性。4、影响晶体管开关过程的时间是哪一个？为什

12、么？5、计算题第六章金属氧化物半导体场效应管一、理想MOS结构的表面空间电荷区1、理想MOS结构的假设2、MOS 电容器的结构：半导体表面电荷层具有一定的厚度3、表面势：空间电荷区中电场的出现使半导体表面与体之间产生一个电位差V = V +屮G0S4、载流子的积累、耗尽和反型：栅极电压、半导体表面载流子特点、能带图（图 6-4）5、反型和强反型条件：6-1-19和 6-1-20MOSFET工作在强反型条件下。6、导电沟道的概念二、理想MOS电容器1、分四种情况讨论 MOS 电容器的电容电压特性：积累区、平带 情况、耗尽区、反型区（高频和低频），会画图 6-7 和图 6-9。三、沟道电导和阈值电

13、压1、什么是阈值电压。公式 6-3-72、沟道电导公式6-3-4四、实际MOS的电容一电压特性1、功函数的影响、截面陷阱和氧化物电荷的影响，使平带电压VFB02、实际的阈值电压公式 6-4-12，能够解释其中4项的来源。五、MOS 场效应晶体管1、三种工作状态：线性、开始饱和、饱和，对应的沟道变化情况2、沟道夹断的原理六、等效电路和频率响应1、截至频率的概念，公式 6-6-9，截至频率与那些因素有关七、亚阈值区1、亚阈值电流和亚阈值传导（弱反型）八、MOS 场效应晶体管的类型九、影响阈值电压的其余因素 衬底掺杂（正比）、氧化层厚度（正比）器件隔离作用、衬底反向偏压（正比）十、器件尺寸比例1、短

14、沟道效应：三种效应。（线性区的阈值电压下降、迁移率场相关 效应及载流子速度饱和效应、亚阈值特性退化，器件夹不断）2、按比例缩小：两种方式。参考题（例子）1、根据VG的变化，分三段（积累、耗尽、反型）定性地解释并画出GMOS系统的C-V特性图。2、什么是MOSFET的截至频率？请写出公式，并解释与那些物理因 素由关系。3、什么是阈值电压？解释阈值电压的构成（给出公式）4、什么是按比例缩小？请写出最小尺寸与参数 的关系。计算题1、一个确定的NPN BJT的基区净掺杂为NAB=10i6/cm3。发射结面积 AB为10- cm2,基区厚度为0.5um,当V =0.5V和V =5V时。BECE（1）已知

15、 u =1200cm2/ （V.S）,计算 I。nBC2)集电结为非对称突变结。在给定的偏压条件下，对于此结X=2.8X0，使用耗尽层近似求它的(平衡态)接触电势人屮答：(1)由爱因斯坦关系式 DnKT二 1200 x 0.025 二 30cm2 / sp0Bn 21020= NAB=1016/Cm3,n = i = 104 / cm30 B p10160B取 基 区 左 边 界 为 0 坐 标 ， 由 PN 结 定 律 ：n (0) = n expV / KT = 104 exp0.5/0.025 = 4.85 x 1012 /cm3BB 0BEI 二 q A D(0)二 1.6 x 101

16、9 x 0.5 x 104 x 30 x 4.85 X1012 二 2.32 x 10-5 A CnB X0.5 x 10-4B12&屮 11(2)由耗尽近似 X(亓+ )，因此V 12X/X0.V.V + V=0CEVVL 0 I 01 + 2 = 2.8 ；V1 0E = .73V2、一砷化镓样品，其中施主原子浓度为2x1016cm-3，受主原子数量未知。测量样品，发现它是P型的，平衡空穴浓度P0为5x1017cm-3。室温下，砷化镓本征载流子浓度n.是107cm-3,空穴迁移率卩是300,ip电子迁移率卩为4000，少数载流子寿命t .是10-9s。nm.n(1)补偿后的受主原子浓度(NA=Na-Nd)是多少？总的受主原子浓度是多少？(2)室温下，样品中平衡电子浓度是n0多少？(3)在室温下，热平衡状态下样品的电导率o0是多少?