半导体器件物理哈理工复习资料缩印分析.docx

1、半导体器件物理哈理工复习资料缩印分析1.PN结：采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。2.雪崩击穿：随着PN结反向电压的增加，势垒中电场强度也在增加。当电场强度达到一定程度后，势垒区中载流子就会碰撞电离出新的电子空穴对。新的电子空穴对在电场作用下继续碰撞产生新的载流子，如此反复即碰撞电离率增加，流过PN结的电流急剧增大，击穿PN结。3.空间电荷区：在PN结中，由于自由电子的扩散运动和漂移运动，使PN结中间产生一个很薄的电荷区，就是空间电荷区。4.耗尽层电容：由于耗尽层内空间电荷随偏压变化所引起的电容称为PN

2、结耗尽层电容。5.MOS阈值电压：阈值电压是形成强反型层时所需要的最小栅极电压。它的第一项表示在形成强反型层时，要用一部分电压去支撑空间电荷QB；第二项表示要用一部分电压为半导体表面提供达到强反型时需要的表面势。6.强反型：当表面电子浓度等于体内平衡多子浓度时，半导体表面形成强反型层。7.载流子扩散漂移观点分析空间电荷区形成当N型P型材料放在一起时，P型材料中多的空穴向N型扩散，N型多的电子向P型扩散，由于扩散，在互相靠近N侧和P侧分别出现施主离子和受主离子，这些空间电荷建立一个电场，即空间电荷区。8.载流子扩散漂移分析PN结单向导电性若在PN结加正向电压，PN结势垒高度下降，减小的势垒高度有

3、助于扩散通过PN结，形成大的电流，若加反向电压，势垒高度增加，漂移作用增强，阻挡载流子通过PN结扩散，所以PN结单向导电1.5种半导体器件：PN结，光电二极管，JFET,MOSFET，太阳能电池。2.PN结隧道电流产生条件：费米能级进入能带；空间电荷层的宽度很窄，因而有高的隧道3.穿透概率；在相同的能力水平上，在一侧的能带中有电子而在另一侧的能带中有空的状态。4.PN结正向注入：PN结加上正向偏压时，在结边缘npnp0,pnpn0 反向抽取：PN结加反向偏压时，将偏压V换成VR，此时，npnp0,pn0,VC0)反向有源（）饱和模式（）截止模式（ S，整流结；当MS，欧姆结。P型相反10指出金

4、属和重掺杂半导体接触形成是欧姆结还是整流结并简述原因非整流的欧姆结 原因：空间电荷区薄，易于隧穿，没有方向性11.使用的Si肖特基势垒二极管主要有哪三种结构简单接触结构 金属搭接结构 采用保护环二极管结构12.解释肖特基效应对于肖特基势垒，这个势能将叠加到理想肖特基势垒能带图上，使原来的理想肖特基势垒的电子能量曲线在x=0处下降，也就是说使肖特基势垒高度下降，这种现象称为肖特基势垒的镜像力降低，又称为肖特基效应。13.-画出肖特基势垒钳位晶体管电路和集成结构图并解释其工作原理肖特基势垒钳位晶体管是按其集成结构以集成电路的形式实现的，铝在轻掺杂的N型集电区上形成极好的肖特基势垒，同时在重掺杂的P

5、型基区上形成优良的欧姆接触，这两种接触可以只通过一步金属化实现，不需要额外工艺。14.解释JFET沟道长度调制效应夹断条件规定为两个空间电荷区在沟道中心相遇，如图，夹断首先发生在漏端，当漏极电压进一步增加时，沟道中更多的自由载流子被耗尽，结果使耗尽区的长度增加，夹断点向源端移动，电中性的沟道长度减小，这种现象称为沟道长度调制效应。14-写出理想JFET的基本假设并导出I-V特性方程 1、单边突变结 2、沟道内杂质分布均匀3、沟道内载流子迁移率为常数 4、忽略有源区以外源区、漏区以及接触上的电压降，于是沟道长度为L 5、缓变沟道近似，即空间电荷区内电场沿y方向（/y/x），而导电沟道内的电场只有

6、x方向上的分量（/x/y）。 6、长沟道近似，L2（2a），于是W沿着L改变很小，可看做矩形沟道。I-V特性方程15-画出JFET的基本结构并解释其工作原理在正常工作条件下，反向偏压加于栅极PN结的两侧，使得空间电荷区向沟道内部扩展，耗尽层中的载流子耗尽，结果沟道的截面积减小，从而沟道电导减小。这样，源极和漏极之间流过的电流就受到栅极电压的调制。这种通过表面电场调制半导体电导的效应就称为场效应，这就是JFET的基本工作原理。16.-阈值电压是MOS结构的重要参量，阈值电压定义为：形成强反型所需要的最小栅极电压。17-为什么MOS结构在出现反型层以后，特别是接近强反型层是反型层中电子电荷q1的积

7、累与外加电压信号的频率密切相关根据公式可得表面电容由表面电荷随表面势的变化率决定，在MOS器件进入反型区以后，由，其中为反型层中电子电荷，为耗尽层中电离受主电荷。而反型层中的电荷主要是由耗尽层中的电子-空穴对的产生与复合影响的，高频时，耗尽层中电子空穴对的产生与复合跟不上信号的变化，故，这时增大导致增大减小。低频时耗尽层中电子空穴对的产生能跟上信号的变化，则对电容贡献是主要的，（而耗尽层的宽度和电荷不变，），由于变化很快，故很大，18.-解释理想MOS结构半导体半导体表面空间电荷区的载流子反型现象由于少数载流子电子浓度高于本征载流子浓度，而多数载流子空穴的浓度低于本征载流子浓度，这一层半导体有

8、P型变成了N型，称为反型层，这种现象称为载流子反型。19-试推导理想MOS结构半导体表面空间电荷区的载流子反型和强反型条件，写出必要的推导过程当ns=ni时，半导体表面呈现本征状态，此后半导体表面开始发生反型，所以载流子反型条件为s=f 即当半导体表面势等于体内费米势时，半导体表面开始反型规定当表面电子浓度等于体内平衡多子浓度时，半导体表面形成强反型层 si =2f20.载流子的积累，耗尽，反型积累：半导体表面多数载流子浓度高于体内多数载流子浓度的现象耗尽：表面空穴浓度低于体内热平衡值，造成多数载流子空穴的耗尽反型：由于少数载流子电子浓度高于本征载流子浓度，而多数载流子空穴的浓度低于本征载流子

9、的浓度这一层半导体由P型变成N型这种现象叫载流子的反型20.欧姆接触:是这样的一种接触,它在所使用的结构上不会添加较大的寄生电阻,且不足以改变半导体内的平衡载流子浓度使器件特性受到影响.Pn结与m-s对比1.高的工作频率和开关速度 2.大的饱和电流3.低的正向压降，更高的反向电流 缺点：额外的漏电流（软击穿）4.多子数目起伏小，噪声小5.肖特基具有更稳定的温度特性。21.解释PN结空间电荷正偏复合电流产生的原因：正偏时，由于空间电荷区有非平衡载流子的注入，边缘的载流子浓度增加，以至于大与平衡载流子浓度。这些过量的载流子穿越空间电荷区，似的载流子浓度超过平衡值。空间电荷区会有复合，即：空间电荷区

10、内存在复合电流。23.MOS场效应晶体管的类型M0SFET共有四种类型:N沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道增强型和P沟道耗尽型。N沟道增强型MOSFET在零栅极电压时不存在导电沟道，欲使器件导通则需要加正的栅极偏压使半导体表面反型。N沟道耗尽型MOSFFT在零栅极偏压时就存在导电沟道，欲使器件截止则需要加负的栅极偏压以耗尽沟道内的载流子。P沟道增强型M0SFET在零栅极电压时不存在导电沟道，欲使器件导通则需要加负的栅极偏压使半导体表面反型。P沟道耗尽型MOSFET在零栅极偏压时就存在导电沟道，欲使器件截止则需要加正的栅极偏压以耗尽沟道内的载流子(见图6-21中的转移特性图) 24.双极晶体管的

11、四种工作模式和少子分布四种工作模式如下。（1）正向有源工作模式()：基区少子满足的边界条件为。E-M方程为(2)反向有源工作模式()：相应的边界条件为E-M方程为(3)饱和工作模式()相应的边界条件为E-M方程为(4)截止工作模式()相应的边界条件为E-M方程为加上边界条件习题3.2一个NPN硅晶体管具有下列参数: ,再均匀掺杂基区,.若集电结被反向偏置, ,计算在发射极基区一边的过量电子浓度,发射结电压以及基区输运因子.习题4.5已知肖特基二极管的下列参数: ,.假设界面态密度可以忽略,在计算(1)零偏压时势垒高度,内建电势差,耗尽层宽度;(2)在0.3v的正偏压时的热离子发射电流密度. 习题5.1硅N沟道JFET参数: ,.计算(1)内建电势 (2)夹断电压和(3)电导(4)在栅极和漏极为零偏压时实际的沟道电导.例5.1在N沟道JFET中, ,.计算(1) 夹断电压和(2)当栅极和源极两者接地时, 的漏极电流.