半導(dǎo)體器件工藝與物理期末必考題材料匯總

1、半導(dǎo)體期末復(fù)習(xí)補(bǔ)充材料一、 名詞解釋、準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米能級(jí)和統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)都是指的熱平衡狀態(tài)，而當(dāng)半導(dǎo)體的平衡態(tài)遭到破壞而存在非平衡載流子時(shí)，可以認(rèn)為分就導(dǎo)帶和價(jià)帶中的電子來(lái)講，它們各自處于平衡態(tài)，而導(dǎo)帶和價(jià)帶之間處于不平衡態(tài)，因而費(fèi)米能級(jí)和統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)對(duì)導(dǎo)帶和價(jià)帶各自仍然是適用的，可以分別引入導(dǎo)帶費(fèi)米能級(jí)和價(jià)帶費(fèi)米能級(jí)，它們都是局部的能級(jí)，稱為“準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)”，分別用EFn、EFp表示。、直接復(fù)合、間接復(fù)合直接復(fù)合電子在導(dǎo)帶和價(jià)帶之間直接躍遷而引起電子和空穴的直接復(fù)合。間接復(fù)合電子和空穴通過禁帶中的能級(jí)（復(fù)合中心）進(jìn)行復(fù)合。、擴(kuò)散電容 PN結(jié)正向偏壓時(shí)，有空穴從P區(qū)注入N區(qū)。當(dāng)正向偏壓增加時(shí)，由P

2、區(qū)注入到N區(qū)的空穴增加，注入的空穴一部分?jǐn)U散走了，一部分則增加了N區(qū)的空穴積累，增加了載流子的濃度梯度。在外加電壓變化時(shí)，N擴(kuò)散區(qū)內(nèi)積累的非平衡空穴也增加，與它保持電中性的電子也相應(yīng)增加。這種由于擴(kuò)散區(qū)積累的電荷數(shù)量隨外加電壓的變化所產(chǎn)生的電容效應(yīng)，稱為P-N結(jié)的擴(kuò)散電容。用CD表示。 4、雪崩擊穿隨著PN外加反向電壓不斷增大，空間電荷區(qū)的電場(chǎng)不斷增強(qiáng)，當(dāng)超過某臨界值時(shí)，載流子受電場(chǎng)加速獲得很高的動(dòng)能，與晶格點(diǎn)陣原子發(fā)生碰撞使之電離，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)，再被電場(chǎng)加速，再產(chǎn)生更多的電子空穴對(duì)，載流子數(shù)目在空間電荷區(qū)發(fā)生倍增，猶如雪崩一般，反向電流迅速增大，這種現(xiàn)象稱之為雪崩擊穿。1、 PN結(jié)電容

3、可分為擴(kuò)散電容和過渡區(qū)電容兩種，它們之間的主要區(qū)別在于擴(kuò)散電容產(chǎn)生于過渡區(qū)外的一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度范圍內(nèi)，其機(jī)理為少子的充放電，而過渡區(qū)電容產(chǎn)生于空間電荷區(qū)，其機(jī)理為多子的注入和耗盡。2、 當(dāng)MOSFET器件尺寸縮小時(shí)會(huì)對(duì)其閾值電壓VT產(chǎn)生影響，具體地，對(duì)于短溝道器件對(duì)VT的影響為下降，對(duì)于窄溝道器件對(duì)VT的影響為上升。3、 在NPN型BJT中其集電極電流IC受VBE電壓控制，其基極電流IB受VBE 電壓控制。4、 硅-絕緣體SOI器件可用標(biāo)準(zhǔn)的MOS工藝制備，該類器件顯著的優(yōu)點(diǎn)是寄生參數(shù)小，響應(yīng)速度快等。5、 PN結(jié)擊穿的機(jī)制主要有雪崩擊穿、齊納擊穿、熱擊穿等等幾種，其中發(fā)生雪崩擊穿的條件為VB6E

4、g/q。6、 當(dāng)MOSFET進(jìn)入飽和區(qū)之后，漏電流發(fā)生不飽和現(xiàn)象，其中主要的原因有溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，漏溝靜電反饋效應(yīng)和空間電荷限制效應(yīng)。二、簡(jiǎn)答題1、發(fā)射區(qū)重?fù)诫s效應(yīng)及其原因。答：發(fā)射區(qū)摻雜濃度過重時(shí)會(huì)引起發(fā)射區(qū)重?fù)诫s效應(yīng)，即過分加重發(fā)射區(qū)摻雜不但不能提高注入效率，反而會(huì)使其下降。原因：發(fā)射區(qū)禁帶寬度變窄和俄歇復(fù)合效應(yīng)增強(qiáng)MOSFET與雙極晶體管相比有何優(yōu)點(diǎn)？（6分）MOS管：多子器件，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，易集成，功耗低，適合于大規(guī)模集成電路，現(xiàn)已成為超大規(guī)模集成電路的主流形式。雙極器件：少子器件，速度較快，但集成度較低，功耗大，不適合于大規(guī)模集成電路。7、 對(duì)于PNP型BJT工作在正向有源區(qū)時(shí)載流子

5、的輸運(yùn)情況；答案：對(duì)于PNP型晶體管,其發(fā)射區(qū)多數(shù)載流子空穴向集電區(qū)擴(kuò)散,形成電流IEP，其中一部分空穴與基區(qū)的電子復(fù)合，形成基極電流的IB的主要部分，集電極接收大部分空穴形成電流ICP，它是IC的主要部分。8、 熱平衡時(shí)突變PN結(jié)的能帶圖、電場(chǎng)分布，以及反向偏置后的能帶圖和相應(yīng)的I-V特性曲線。（每個(gè)圖2分）答案：熱平衡時(shí)突變PN結(jié)的能帶圖、電場(chǎng)分布如下所示，反向偏置后的能帶圖和相應(yīng)的I-V特性曲線如下所示。9、 在NPN雙極型晶體管正向有源區(qū)工作時(shí)，試求該器件正向電流增益，并說明提高的幾種途徑。其中，。（計(jì)算推導(dǎo)9分，措施6分）答案：經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算可得，提高的措施有：（1）增大發(fā)射區(qū)/基區(qū)濃度

6、比，即發(fā)射區(qū)采取重?fù)诫s；（2）增大基區(qū)少數(shù)載流子的擴(kuò)散系數(shù)，即選用NPN型器件；（3）增大發(fā)射區(qū)/基區(qū)厚度比，即減薄基區(qū)的厚度。10、肖特基二極管（SBD）是一種低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體器件。其顯著的特點(diǎn)為反向恢復(fù)時(shí)間極短（可以小到幾納秒），正向?qū)▔航祪H0.4V左右，而整流電流卻可達(dá)到幾千安培。肖特基二極管多用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管，也有用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使用。常用在彩電的二次電源整流,高頻電源整流中。肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基勢(shì)壘二極管（SchottkyBarrierDio

7、de,縮寫成SBD）的簡(jiǎn)稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此，SBD也稱為金屬半導(dǎo)體（接觸）二極管或表面勢(shì)壘二極管，它是一種熱載流子二極管。肖特基二極管是貴金屬（金、銀、鋁、鉑等）A為正極，以N型半導(dǎo)體B為負(fù)極，利用二者接觸面上形成的勢(shì)壘具有整流特性而制成的多屬-半導(dǎo)體器件。因?yàn)镹型半導(dǎo)體中存在著大量的電子，貴金屬中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴(kuò)散。顯然，金屬A中沒有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨著電子不斷從B擴(kuò)散到A，B表面電子濃度表面逐漸降輕工業(yè)部，表面電中性

8、被破壞，于是就形成勢(shì)壘，其電場(chǎng)方向?yàn)锽A。但在該電場(chǎng)作用之下，A中的電子也會(huì)產(chǎn)生從AB的漂移運(yùn)動(dòng)，從而消弱了由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而形成的電場(chǎng)。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后，電場(chǎng)引起的電子漂移運(yùn)動(dòng)和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡，便形成了肖特基勢(shì)壘?；驹硎牵涸诮饘俸蚇型硅片的接觸面上，用金屬與半導(dǎo)體接觸所形成的勢(shì)壘對(duì)電流進(jìn)行控制。肖特基與PN結(jié)的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右，大多不高于60V，以致于限制了其應(yīng)用范圍。其特長(zhǎng)是：開關(guān)速度非?？欤悍聪蚧謴?fù)時(shí)間特別地短。因此，能制作開關(guān)二極和低壓大電流整流二極管。肖特基二極管（SBD）的主要特點(diǎn)：1）正向壓降低：由于肖特

9、基勢(shì)壘高度低于PN結(jié)勢(shì)壘高度，故其正向?qū)ㄩT限電壓和正向壓降都比PN結(jié)二極管低（約低0.2V）。2）反向恢復(fù)時(shí)間快：由于SBD是一種多數(shù)載流子導(dǎo)電器件，不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復(fù)問題。SBD的反向恢復(fù)時(shí)間只是肖特基勢(shì)壘電容的充、放電時(shí)間，完全不同于PN結(jié)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。由于SBD的反向恢復(fù)電荷非常少，故開關(guān)速度非常快，開關(guān)損耗也特別小，尤其適合于高頻應(yīng)用。3）工作頻率高：由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)甚微，所以其頻率響僅為RC時(shí)間常數(shù)限制，因而，它是高頻和快速開關(guān)的理想器件。其工作頻率可達(dá)100GHz。4）反向耐壓低：由于SBD的反向勢(shì)壘較薄，并且在其表面極易發(fā)生擊穿，所以反

10、向擊穿電壓比較低。由于SBD比PN結(jié)二極管更容易受熱擊穿，反向漏電流比PN結(jié)二極管大。MIS結(jié)構(gòu)中，P型半導(dǎo)體表面在什么情況下成為積累層？什么情況下出現(xiàn)耗盡層和反型層？并請(qǐng)畫出相應(yīng)的能帶圖。（分）EFM EC EC EC EV EFM EV EFM EV 積累狀態(tài) 耗盡狀態(tài) 反型狀態(tài)積累狀態(tài)：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體之間加負(fù)電壓時(shí)，表面勢(shì)為負(fù)值，表面處能帶向上彎曲，表面層內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)空穴的堆積。（2分）耗盡狀態(tài)：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體之間加正電壓時(shí)，表面勢(shì)為正值，表面處能帶向下彎曲，表面處的空穴濃度較體內(nèi)的低得多，這種狀態(tài)就叫做耗盡狀態(tài)。（2分）反型狀態(tài)：當(dāng)正電壓進(jìn)一步增加時(shí)，能帶進(jìn)一步向下彎曲，使表面處的費(fèi)米能

11、級(jí)高于中央能級(jí)E I，這意味著表面的電子濃度將超過空穴濃度，形成反型層。（2分） （圖4分）1簡(jiǎn)述肖特基二極管的優(yōu)缺點(diǎn)。（6分，每小點(diǎn)1分）優(yōu)點(diǎn)： （1） 正向壓降低 （2） 溫度系數(shù)小 （3）工作頻率高。 （4）噪聲系數(shù)小缺點(diǎn)： （1）反向漏電流較大 （2）耐壓低 2MIS結(jié)構(gòu)中，以金屬絕緣體P型半導(dǎo)體為例，半導(dǎo)體表面在什么情況下成為積累層？什么情況下出現(xiàn)耗盡層和反型層？ （6分，每小點(diǎn)2分）積累狀態(tài)：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體之間加負(fù)電壓時(shí)，表面勢(shì)為負(fù)值，表面處能帶向上彎曲，表面層內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)空穴的堆積。 （2分）耗盡狀態(tài)：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體之間加正電壓時(shí)，表面勢(shì)為正值，表面處能帶向下彎曲，表面處的空穴濃度

12、較體內(nèi)的低得多，這種狀態(tài)就叫做耗盡狀態(tài)。（2分）反型狀態(tài)：當(dāng)正電壓進(jìn)一步增加時(shí)，能帶進(jìn)一步向下彎曲，使表面處的費(fèi)米能級(jí)高于中央能級(jí)E i，這意味著表面的電子濃度將超過空穴濃度，形成反型層。（2分）3如何加電壓才能使NPN晶體管起放大作用。請(qǐng)畫出平衡時(shí)和放大工作時(shí)的能帶圖。（10分，回答4分，其中每一點(diǎn)各2分；圖6分，其中無(wú)偏壓能帶2分，加偏壓能帶2分，標(biāo)注勢(shì)壘高度2分）答：要使NPN晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)要加正向偏壓（2分），集電結(jié)反向偏壓。（2分）放大工作時(shí)的能帶圖如下：1、 PN結(jié)電擊穿的產(chǎn)生機(jī)構(gòu)兩種；答案：雪崩擊穿、隧道擊穿或齊納擊穿。2、 雙極型晶體管中重?fù)诫s發(fā)射區(qū)目的；答案：發(fā)射區(qū)

13、重?fù)诫s會(huì)導(dǎo)致禁帶變窄及俄歇復(fù)合，這將影響電流傳輸，目的為提高發(fā)射效率，以獲取高的電流增益。3、 晶體管特征頻率定義；答案：隨著工作頻率的上升，晶體管共射極電流放大系數(shù)下降為時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率，稱作特征頻率。 4、P溝道耗盡型MOSFET閾值電壓符號(hào)；答案：。5、MOS管飽和區(qū)漏極電流不飽和原因；答案：溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)和漏溝靜電反饋效應(yīng)。6、BVCEO含義；答案：基極開路時(shí)發(fā)射極與集電極之間的擊穿電壓。7、MOSFET短溝道效應(yīng)種類；答案：短窄溝道效應(yīng)、遷移率調(diào)制效應(yīng)、漏場(chǎng)感應(yīng)勢(shì)壘下降效應(yīng)。8、擴(kuò)散電容與過渡區(qū)電容區(qū)別。答案：擴(kuò)散電容產(chǎn)生于過渡區(qū)外的一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度范圍內(nèi)，其機(jī)理為少子的充放電，而過渡區(qū)電容產(chǎn)生于空間電荷區(qū)，其機(jī)理為多子的注入和耗盡。1、 內(nèi)建電場(chǎng)；答案：P型材料和N型材料接觸后形成PN結(jié)，由于存在濃度差，N區(qū)的電子會(huì)擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會(huì)擴(kuò)散到N區(qū)，而在N區(qū)的施主正離子中心固定不動(dòng)，出現(xiàn)凈的正電荷，同樣P區(qū)的受主負(fù)離子中心也固定不動(dòng)，出現(xiàn)凈的負(fù)電荷，于是就會(huì)產(chǎn)生空間電荷區(qū)。