【半導(dǎo)體物理與器件】【尼曼】【課后小結(jié)與重要術(shù)語解釋】匯總

1、第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)小結(jié) 1. 硅是最普遍的半導(dǎo)體材料2. 半導(dǎo)體和其他材料的屬性很大程度上由其單晶的晶格結(jié)構(gòu)決定。晶胞是晶體中的一小塊體積，用它可以重構(gòu)出整個晶體。三種基本的晶胞是簡立方、體心立方和面心立方。3. 硅具有金剛石晶體結(jié)構(gòu)。原子都被由4個緊鄰原子構(gòu)成的四面體包在中間。二元半導(dǎo)體具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)，它與金剛石晶格基本相同。4. 引用米勒系數(shù)來描述晶面。這些晶面可以用于描述半導(dǎo)體材料的表面。密勒系數(shù)也可以用來描述晶向。5. 半導(dǎo)體材料中存在缺陷，如空位、替位雜質(zhì)和填隙雜質(zhì)。少量可控的替位雜質(zhì)有益于改變半導(dǎo)體的特性。6. 給出了一些半導(dǎo)體生長技術(shù)的簡單描述。體生長生成了基礎(chǔ)半導(dǎo)體材料，即襯

2、底。外延生長可以用來控制半導(dǎo)體的表面特性。大多數(shù)半導(dǎo)體器件是在外延層上制作的。重要術(shù)語解釋1. 二元半導(dǎo)體：兩元素化合物半導(dǎo)體，如GaAs。2. 共價鍵：共享價電子的原子間鍵合。3. 金剛石晶格：硅的院子晶體結(jié)構(gòu)，亦即每個原子有四個緊鄰原子，形成一個四面體組態(tài)。4. 摻雜：為了有效地改變電學(xué)特性，往半導(dǎo)體中加入特定類型的原子的工藝。5. 元素半導(dǎo)體：單一元素構(gòu)成的半導(dǎo)體，比如硅、鍺。6. 外延層：在襯底表面形成的一薄層單晶材料。7. 離子注入：一種半導(dǎo)體摻雜工藝。8. 晶格：晶體中原子的周期性排列9. 密勒系數(shù)：用以描述晶面的一組整數(shù)。10. 原胞：可復(fù)制以得到整個晶格的最小單元。11. 襯底

3、：用于更多半導(dǎo)體工藝比如外延或擴散的基礎(chǔ)材料，半導(dǎo)體硅片或其他原材料。12. 三元半導(dǎo)體：三元素化合物半導(dǎo)體，如AlGaAs。13. 晶胞：可以重構(gòu)出整個晶體的一小部分晶體。14. 鉛鋅礦晶格：與金剛石晶格相同的一種晶格，但它有兩種類型的原子而非一種。第二章 量子力學(xué)初步小結(jié)1. 我們討論了一些量子力學(xué)的概念，這些概念可以用于描述不同勢場中的電子狀態(tài)。了解電子的運動狀態(tài)對于研究半導(dǎo)體物理是非常重要的。2. 波粒二象性原理是量子力學(xué)的重要部分。粒子可以有波動態(tài)，波也可以具有粒子態(tài)。3. 薛定諤波動方程式描述和判斷電子狀態(tài)的基礎(chǔ)。4. 馬克思玻恩提出了概率密度函數(shù)|fai（x）|2.5. 對束縛態(tài)

4、粒子應(yīng)用薛定諤方程得出的結(jié)論是，束縛態(tài)粒子的能量也是量子化的。6. 利用單電子原子的薛定諤方程推導(dǎo)出周期表的基本結(jié)構(gòu)。重要術(shù)語解釋1. 德布羅意波長：普朗克常數(shù)與粒子動量的比值所得的波長。2. 海森堡不確定原理：該原理指出我們無法精確確定成組的共軛變量值，從而描述粒子的狀態(tài)，如動量和坐標。3. 泡利不相容原理：該原理指出任意兩個電子都不會處在同一量子態(tài)。4. 光子：電磁能量的粒子狀態(tài)。5. 量子：熱輻射的粒子形態(tài)。6. 量子化能量：束縛態(tài)粒子所處的分立能量級。7. 量子數(shù)：描述粒子狀態(tài)的一組數(shù)，例如原子中的電子。8. 量子態(tài)：可以通過量子數(shù)描述的粒子狀態(tài)。9. 隧道效應(yīng)：粒子穿過薄層勢壘的量子

5、力學(xué)現(xiàn)象。10. 波粒二象性：電磁波有時表現(xiàn)為粒子狀態(tài)，而粒子有時表現(xiàn)為波動狀態(tài)的特性。第三章 固體量子理論初步小結(jié)1. 當(dāng)原子聚集在一起形成晶體時，電子的分立能量也就隨之分裂為能帶。2. 對表征單晶材料勢函數(shù)的克龍克尼-潘納模型進行嚴格的量子力學(xué)分析和薛定諤波動方程推導(dǎo)，從而得出 了允帶和禁帶的概念。3. 有效質(zhì)量的概念將粒子在晶體中的運動與外加作用力聯(lián)系起來，而且涉及到晶格對粒子運動的作用。4. 半導(dǎo)體中存在兩種帶點粒子。其中電子是具有正有效質(zhì)量的正電荷粒子，一般存在于允帶的頂部。5. 給出了硅和砷化鎵的E-k關(guān)系曲線，并討論了直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體的概念。6. 允帶中的能量實際上

6、是由許多的分立能級組成的，而每個能級都包含有限數(shù)量的量子態(tài)。單位能量的量子態(tài)密度可以根據(jù)三維無限深勢阱模型確定。7. 在涉及大量的電子和空穴時，就需要研究這些粒子的統(tǒng)計特征。本章討論了費米-狄拉克概率函數(shù)，它代表的是能量為E的量子態(tài)被電子占據(jù)的幾章。重要術(shù)語解釋1. 允帶：在量子力學(xué)理論中，晶體中可以容納電子的一系列能級。2. 狀態(tài)密度函數(shù)：有效量子態(tài)的密度。它是能量的函數(shù)，表示為單位體積單位能量中的量子態(tài)數(shù)量。3. 電子的有效質(zhì)量：該參數(shù)將晶體導(dǎo)帶中電子的加速度與外加的作用力聯(lián)系起來，該參數(shù)包含了晶體中的內(nèi)力。4. 費米-狄拉克概率函數(shù)：該函數(shù)描述了電子在有效能級中的分布，代表了一個允許能量

7、狀態(tài)被電子占據(jù)的概率。5. 費米能級：用最簡單的話說，該能量在T=0K時高于所有被電子填充的狀態(tài)的能量，而低于所有空狀態(tài)能量。6. 禁帶：在量子力學(xué)理論中，晶體中不可以容納電子的一系列能級。7. 空穴：與價帶頂部的空狀態(tài)相關(guān)的帶正電“粒子”。8. 空穴的有效質(zhì)量：該參數(shù)同樣將晶體價帶中空穴的加速度與外加作用力聯(lián)系起來，而且包含了晶體中的內(nèi)力。9. k空間能帶圖：以k為坐標的晶體能連曲線，其中k為與運動常量有關(guān)的動量，該運動常量結(jié)合了晶體內(nèi)部的相互作用。10. 克龍尼克-潘納模型：由一系列周期性階躍函數(shù)組成，是代表一維單晶晶格周期性勢函數(shù)的數(shù)學(xué)模型。11. 麥克斯韋-波爾茲曼近似：為了用簡單的指

8、數(shù)函數(shù)近似費米-狄拉克函數(shù)，從而規(guī)定滿足費米能級上下若干kT的約束條件。12. 泡利不相容原理：該原理指出任意兩個電子都不會處在同一量子態(tài)。第四章 平衡半導(dǎo)體小結(jié)1. 導(dǎo)帶電子濃度是在整個導(dǎo)帶能量范圍上，對導(dǎo)帶狀態(tài)密度與費米-狄拉克概率分布函數(shù)的乘積進行積分得到的2. 價帶空穴濃度是在整個價帶能量范圍上，對價帶狀態(tài)密度與某狀態(tài)為空的概率【1-fF（E）】的乘積進行積分得到的。3. 本章討論了對半導(dǎo)體滲入施主雜質(zhì)（V族元素）和受主雜質(zhì)（111族元素）形成n型和p型非本征半導(dǎo)體的概念。4. 推導(dǎo)出了基本關(guān)系式ni2=n0p0。5. 引入了雜質(zhì)完全電離與電中性的概念，推導(dǎo)出了電子與空穴濃度關(guān)于摻雜濃

9、度的函數(shù)表達式。6. 推導(dǎo)出了費米能級位置關(guān)于摻雜濃度的表達式。7. 討論了費米能級的應(yīng)用。在熱平衡態(tài)下，半導(dǎo)體內(nèi)的費米能級處處相等。重要術(shù)語解釋1. 受主原子：為了形成p型材料而加入半導(dǎo)體內(nèi)的雜質(zhì)原子。2. 載流子電荷：在半導(dǎo)體內(nèi)運動并形成電流的電子和（或）空穴。3. 雜質(zhì)補償半導(dǎo)體：同一半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)既含有施主雜質(zhì)又含有受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體。4. 完全電離：所有施主雜質(zhì)原子因失去電子而帶正電，所有受主雜質(zhì)原子因獲得電子而帶負電的情況。5. 簡并半導(dǎo)體：電子或空穴的濃度大于有效狀態(tài)密度，費米能級位于導(dǎo)帶中（n型）或價帶中（p型）的半導(dǎo)體。6. 施主原子：為了形成n型材料而加入半導(dǎo)體內(nèi)的雜質(zhì)原子。7

10、. 有效狀態(tài)密度：即在導(dǎo)帶能量范圍內(nèi)對量子態(tài)密度函數(shù)gc（E）與費米函數(shù)fF（E）的乘積進行積分得到的參數(shù)Nc；在價帶能量范圍內(nèi)對量子態(tài)密度函數(shù)gv（E）與【1-fF（E）】的乘積進行積分得到的參數(shù)N。8. 非本征半導(dǎo)體：進行了定量施主或受主摻雜，從而使電子濃度或空穴濃度偏離本征載流子濃度產(chǎn)生多數(shù)載流子電子（n型）或多數(shù)載流子空穴（p型）的半導(dǎo)體。9. 束縛態(tài)：低溫下半導(dǎo)體內(nèi)的施主與受主呈現(xiàn)中性的狀態(tài)。此時，半導(dǎo)體內(nèi)的電子濃度與空穴濃度非常小。10. 本征載流子濃度ni：本征半導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)帶電子的濃度和價帶空穴的濃度（數(shù)值相等）。11. 本征費米能級Efi：本征半導(dǎo)體內(nèi)的費米能級位置。12. 本征

11、半導(dǎo)體：沒有雜質(zhì)原子且晶體中無晶格缺陷的純凈半導(dǎo)體材料。13. 非簡并半導(dǎo)體：參入相對少量的施主和（或）受主雜質(zhì)，使得施主和（或）受主能級分立、無相互作用的半導(dǎo)體。14. 載流子輸運現(xiàn)象第五章 載流子運輸現(xiàn)象小結(jié) 1半導(dǎo)體中的兩種基本疏運機構(gòu)：電場作用下的漂移運動和濃度梯度作用下的擴散運動。2 存在外加電場時，在散射作用下載流子達到平均漂移速度。半導(dǎo)體存在兩種散射過程，即晶格散射和電離雜質(zhì)散射3 在若電場下，平均漂移速度是電場強度的線性函數(shù)；而在強力場下，漂移速度達到飽和，其數(shù)量級為107cm/s。4 載流子遷移率為平均漂移速度與外加電場之比。電子和空穴遷移率是溫度以及電離雜質(zhì)濃度的函數(shù)。5漂

12、移電流密度為電導(dǎo)率和電場強度的乘積（歐姆定律的一種表示）。電導(dǎo)率是載流子濃度和遷移率的函數(shù)。電阻率等于電導(dǎo)率的倒數(shù)。6擴散電流密度與載流子擴散系數(shù)和載流子濃度梯度成正比。7 擴散系數(shù)和遷移率的關(guān)系成為愛因斯坦關(guān)系8 霍爾效應(yīng)是載流子電荷在相互垂直的電場和磁場中運動產(chǎn)生的。載流子風(fēng)生偏轉(zhuǎn)，干生出霍爾效應(yīng)。霍爾電壓的正負反映了半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型。還可以由霍爾電壓確定多數(shù)載流子濃度和遷移率。重要術(shù)語解釋電導(dǎo)率：關(guān)于載流子漂移的材料參數(shù)；可量化為漂移電流密度和電場強度之比。擴散：粒子從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)運動的過程。擴散系數(shù)：關(guān)于粒子流動與粒子濃度梯度之間的參數(shù)。擴散電流：載流子擴散形成的電流。漂移：在電

13、場作用下，載流子的運動過程。漂移電流：載流子漂移形成的電流漂移速度：電場中載流子的平均漂移速度愛因斯坦關(guān)系：擴散系數(shù)和遷移率的關(guān)系霍爾電壓：在霍爾效應(yīng)測量中，半導(dǎo)體上產(chǎn)生的橫向壓降電離雜質(zhì)散射：載流子和電離雜質(zhì)原子之間的相互作用晶格散射：載流子和熱震動晶格原子之間的相互作用遷移率：關(guān)于載流子漂移和電場強度的參數(shù)電阻率：電導(dǎo)率的倒數(shù)；計算電阻的材料參數(shù)飽和速度：電場強度增加時，載流子漂移速度的飽和值。15. 半導(dǎo)體中的非平衡過剩載流子第六章 半導(dǎo)體中的非平衡過剩載流子小結(jié)1 討論了過剩電子和空穴產(chǎn)生與復(fù)合的過程，定義了過剩載流子的產(chǎn)生率和復(fù)合率2 過剩電子和空穴是一起運動的，而不是互相獨立的。這

14、種現(xiàn)象稱為雙極疏運3 推導(dǎo)了雙極疏運方程，并討論了其中系數(shù)的小注入和非本征摻雜約束條件。在這些條件下，過剩電子和空穴的共同漂移和擴散運動取決于少子的特性，這個結(jié)果就是半導(dǎo)體器件狀態(tài)的基本原理4 討論了過剩載流子壽命的概念5 分別分析了過剩載流子狀態(tài)作為時間的函數(shù) 作為空間的函數(shù)和同事作為實踐與空間的函數(shù)的情況6 定義了電子和空穴的準費米能級。這些參數(shù)用于描述非平衡狀態(tài)下，電子和空穴的總濃度8 半導(dǎo)體表面效應(yīng)對過剩電子和空穴的狀態(tài)產(chǎn)生影響。定義了表面復(fù)合速度重要術(shù)語解釋1 雙極擴散系數(shù)：過剩載流子的有效擴散系數(shù)2 雙極遷移率：過剩載流子的有效遷移率3 雙極疏運：具有相同擴散系數(shù)，遷移率和壽命的過

15、剩電子和空穴的擴散，遷移和復(fù)合過程4 雙極輸運方程：用時間和空間變量描述過剩載流子狀態(tài)函數(shù)的方程5 載流子的產(chǎn)生：電子從價帶躍入導(dǎo)帶，形成電子-空穴對的過程6 載流子的復(fù)合：電子落入價帶中的空能態(tài)（空穴）導(dǎo)致電子-空穴對消滅的過程7 過剩載流子：過剩電子和空穴的過程8 過剩電子：導(dǎo)帶中超出熱平衡狀態(tài)濃度的電子濃度9 過?？昭ǎ簝r帶中超出熱平衡狀態(tài)濃度的空穴濃度10 過剩少子壽命：過剩少子在復(fù)合前存在的平均時間11 產(chǎn)生率：電子-空穴對產(chǎn)生的速率（#/cm3-ms）12 小注入：過剩載流子濃度遠小于熱平衡多子濃度的情況13 少子擴散長度：少子在復(fù)合前的平均擴散距離：數(shù)學(xué)表示為，其中D和分別為少子

16、的擴散系數(shù)和壽命14 準費米能級：電子和空穴的準費米能級分別將電子和空穴的非平衡狀態(tài)濃度與本征載流子濃度以及本征費米能級聯(lián)系起來15 復(fù)合率：電子空穴對復(fù)合的速率（#/cm3-s）16 表面態(tài)：半導(dǎo)體表面禁帶中存在的電子能態(tài)。第七章 pn結(jié)1 首先介紹了均勻摻雜的pn結(jié)。均勻摻雜pn結(jié)是指：半導(dǎo)體的一個區(qū)均勻摻雜了受主雜質(zhì)，而相鄰的區(qū)域均勻摻雜了施主雜質(zhì)。這種pn結(jié)稱為同質(zhì)結(jié)2 在冶金結(jié)兩邊的p區(qū)與n區(qū)內(nèi)分別形成了空間電荷區(qū)或耗盡區(qū)。該區(qū)內(nèi)不存在任何可以移動的電子或空穴，因而得名。由于n區(qū)內(nèi)的施主雜質(zhì)離子的存在，n區(qū)帶正電；同樣，由于p區(qū)內(nèi)受主雜質(zhì)離子存在，p區(qū)帶負電。3 由于耗盡區(qū)內(nèi)存在凈空

17、間電荷密度，耗盡區(qū)內(nèi)有一個電場。電場的方向為由n區(qū)指向p區(qū)4 空間電荷區(qū)內(nèi)部存在電勢差。在零偏壓的條件下，該電勢差即內(nèi)建電勢差維持熱平衡狀態(tài)，并且在阻止n區(qū)內(nèi)多子電子向p區(qū)擴散的同時，阻止p區(qū)內(nèi)多子空穴向n區(qū)擴散。5 反騙電壓（n區(qū)相對于p區(qū)為正）增加了勢壘的高度，增加了空間電荷區(qū)的寬度，并且增強了電場。6 隨著反偏電壓的改變，耗盡區(qū)內(nèi)的電荷數(shù)量也改變。這個隨電壓改變的電荷量可以用來描述pn結(jié)的勢壘電容。7 線性緩變結(jié)是非均勻摻雜結(jié)的典型代表。本章我們推導(dǎo)出了有關(guān)線性緩變結(jié)的電場，內(nèi)建電勢差，勢壘電容的表達式。這些函數(shù)表達式與均勻摻雜結(jié)的情況是不同的8 特定的摻雜曲線可以用來實現(xiàn)特定的電容特性

18、。超突變結(jié)是一種摻雜濃度從冶金結(jié)處開始下降的特殊pn結(jié)。這種結(jié)非常適用于制作諧振電路中的變?nèi)荻O管。重要術(shù)語解釋突變結(jié)近似：認為從中性半導(dǎo)體區(qū)到空間電荷區(qū)的空間電荷密度有一個突然的不連續(xù)內(nèi)建電勢差：熱平衡狀態(tài)下pn結(jié)內(nèi)p區(qū)與n區(qū)的靜電電勢差。耗盡層電容：勢壘電容的另一種表達式耗盡區(qū)：空間電荷區(qū)的另一種表達超變突結(jié)：一種為了實現(xiàn)特殊電容電壓特性而進行冶金結(jié)處高摻雜的pn結(jié)，其特點為pn結(jié)一側(cè)的摻雜濃度由冶金結(jié)處開始下降勢壘電容（結(jié)電容）：反向偏置下pn結(jié)的電容線性緩變結(jié)：冶金結(jié)兩側(cè)的摻雜濃度可以由線性分布近似的pn結(jié)冶金結(jié)：pn結(jié)內(nèi)p型摻雜與n型摻雜的分界面。單邊突變結(jié)：冶金結(jié)一側(cè)的摻雜濃度遠大

19、于另一側(cè)的摻雜濃度的pn結(jié)反偏：pn結(jié)的n區(qū)相對于p區(qū)加正電壓，從而使p區(qū)與n區(qū)之間勢壘的大小超過熱平衡狀態(tài)時勢壘的大小空間電荷區(qū)：冶金結(jié)兩側(cè)由于n區(qū)內(nèi)施主電離和p區(qū)內(nèi)受主電離而形成的帶凈正電與負電的區(qū)域空間電荷區(qū)寬度：空間電荷區(qū)延伸到p區(qū)與n區(qū)內(nèi)的距離，它是摻雜濃度與外加電壓的函數(shù)變?nèi)荻O管：電容隨著外加電壓的改變而改變的二極管。第八章 pn結(jié)二極管小結(jié)1 當(dāng)pn結(jié)外加正偏電壓時（p區(qū)相對與n區(qū)為正），pn結(jié)內(nèi)部的勢壘就會降低，于是p區(qū)空穴與n區(qū)電子就會穿過空間電荷區(qū)流向相應(yīng)的區(qū)域2 本章推導(dǎo)出了與n區(qū)空間電荷區(qū)邊緣處的少子空穴濃度和p區(qū)空間電荷區(qū)邊緣處的少子濃度相關(guān)的邊界條件3 注入到n區(qū)

20、內(nèi)的空穴與注入到p區(qū)內(nèi)的電子成為相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的過剩少子。過剩少子的行為由第六章中推導(dǎo)的雙極輸運方程來描述。求出雙極輸運方程的解并將邊界條件代入，就可以求出n區(qū)與p區(qū)內(nèi)穩(wěn)態(tài)少數(shù)載流子的濃度分布4 由于少子濃度梯度的存在，pn結(jié)內(nèi)存在少子擴散電流。少子擴散電流產(chǎn)生了pn結(jié)二極管的理想電流電壓關(guān)系5 本章得出了pn結(jié)二極管的小信號模型。最重要的兩個參數(shù)是擴散電阻與擴散電容6 反偏pn結(jié)的空間電荷區(qū)內(nèi)產(chǎn)生了過剩載流子。在電場的作用下，這些載流子被掃處了空間電荷區(qū)，形成反偏產(chǎn)生電流。產(chǎn)生電流是二極管反偏電流的一個組成部分。Pn結(jié)正偏時，穿過空間電荷區(qū)的過剩載流子可能發(fā)生復(fù)合，產(chǎn)生正偏復(fù)合電流。復(fù)合電流是p

21、n結(jié)正偏電流的另一個組成部分7 當(dāng)pn結(jié)的外加反偏電壓足夠大時，就會發(fā)生雪崩擊穿。此時，pn結(jié)體內(nèi)產(chǎn)生一個較大的反偏電流。擊穿電壓為pn結(jié)摻雜濃度的函數(shù)。在單邊pn結(jié)中，擊穿電壓是低摻雜一側(cè)摻雜濃度的函數(shù)8 當(dāng)pn結(jié)由正偏狀態(tài)轉(zhuǎn)換到反偏狀態(tài)時，pn結(jié)內(nèi)存儲的過剩少數(shù)載流子會被移走，即電容放電。放電時間稱為存儲時間，它是二極管 開關(guān)速度的一個限制因素重要術(shù)語解釋雪崩擊穿：電子和空穴穿越空間電荷區(qū)時，與空間電荷區(qū)內(nèi)原子的電子發(fā)生碰撞產(chǎn)生電子空穴對，在pn結(jié)內(nèi)形成一股很大的反偏電流，這個過程就稱為雪崩擊穿。載流子注入：外加偏壓時，pn結(jié)體內(nèi)載流子穿過空間電荷區(qū)進入p區(qū)或n區(qū)的過程臨界電場：發(fā)生擊穿時

22、pn結(jié)空間電荷區(qū)的最大電場強度擴散電容：正偏pn結(jié)內(nèi)由于少子的存儲效應(yīng)而形成的電容擴散電導(dǎo)：正偏pn結(jié)的低頻小信號正弦電流與電壓的比值擴散電阻：擴散電導(dǎo)的倒數(shù)正偏：p區(qū)相對于n區(qū)加正電壓。此時結(jié)兩側(cè)的電勢差要低于熱平衡時的值產(chǎn)生電流：pn結(jié)空間電荷區(qū)內(nèi)由于電子空穴對熱產(chǎn)生效應(yīng)形成的反偏電流場二極管：電中性p區(qū)與n區(qū)的長度大于少子擴散長度的二極管。復(fù)合電流：穿越空間電荷區(qū)時發(fā)生復(fù)合的電子與空穴所產(chǎn)生的正偏pn結(jié)電流反向飽和電流：電中性p區(qū)與n區(qū)中至少有一個區(qū)的長度小于少子擴散長度的pn結(jié)二極管。存儲時間：當(dāng)pn結(jié)二極管由正偏變?yōu)榉雌珪r，空間電荷區(qū)邊緣的過剩少子濃度由穩(wěn)態(tài)值變成零所用的時間第九章小

23、結(jié)：輕參雜半導(dǎo)體上的金屬可以和半導(dǎo)體形成整流接觸，這種接觸稱為肖特基勢壘二極管。金屬與半導(dǎo)體間的理想勢壘高度會因金屬功函數(shù)和半導(dǎo)體的電子親和能的不同而不同。當(dāng)在n型半導(dǎo)體和金屬之間加上一個正電壓是（即反偏），半導(dǎo)體與金屬之間的勢壘增加，因此基本上沒有載流子的流動。當(dāng)金屬與n型半導(dǎo)體間加上一個正電壓時（即正偏），半導(dǎo)體與金屬間的勢壘降低，因此電子很容易從半導(dǎo)體流向金屬，這種現(xiàn)象稱為熱電子發(fā)射。肖特基勢壘二極管的理想i-v關(guān)系與pn結(jié)二極管的相同。然而，電流值的數(shù)量級與pn結(jié)二極管的不同，肖特基二極管的開關(guān)速度要快一些。另外，肖特基二極管的反向飽和電流比pn結(jié)的大，所以在達到與pn結(jié)二極管一樣的電

24、流時，肖特基二極管需要的正的偏壓要低。金屬-半導(dǎo)體也可能想成歐姆接觸，這種接觸的接觸電阻很低，是的結(jié)兩邊導(dǎo)通時結(jié)兩邊的壓降很小。兩種不同能帶系的半導(dǎo)體材料可以形成半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)。異質(zhì)結(jié)一個有用的特性就是能在表面形成勢壘。在與表面垂直的方向上，電子的活動會受到勢肼的限制，但電子在其他的兩個方向可以自由的流動。重要術(shù)語解釋：反型異質(zhì)結(jié)：參雜劑在冶金結(jié)處變化的異質(zhì)結(jié)。電子親和規(guī)則：這個規(guī)則是指，在一個理想的異質(zhì)結(jié)中，導(dǎo)帶處的不連續(xù)性是由于兩種半導(dǎo)體材料的電子親和能是不同的引起的。異質(zhì)結(jié)：兩種不同的半導(dǎo)體材料接觸形成的結(jié)。鏡像力降低效應(yīng)：由于電場引起的金屬-半導(dǎo)體接觸處勢壘峰值降低的現(xiàn)象。同型異質(zhì)結(jié)：參

25、雜劑在冶金結(jié)處不變的異質(zhì)結(jié)。歐姆接觸：金屬半導(dǎo)體接觸電阻很低，且在結(jié)兩邊都能形成電流的接觸。理查德森常數(shù)：肖特基二極管中的I-V關(guān)系中的一個參數(shù)A*。肖特基勢壘高度：金屬-半導(dǎo)體結(jié)中從金屬到半導(dǎo)體的勢壘bn。肖特基效應(yīng)：鏡像力降低效應(yīng)的另一種形式。單位接觸電阻：金屬半導(dǎo)體接觸的J-V曲線在V=0是的斜率的倒數(shù)。熱電子發(fā)射效應(yīng)：載流子具有足夠的熱能時，電荷流過勢壘的過程。隧道勢壘：一個薄勢壘，在勢壘中，其主要作用的電流是隧道電流。二維電子氣：電子堆積在異質(zhì)結(jié)表面的勢肼中，但可以沿著其他兩個方向自由流動。第十章小結(jié)：有兩種類型的的雙極晶體管，即npn和pnp型。每一個晶體管都有三個不同的參雜區(qū)和兩

26、個pn結(jié)。中心區(qū)域（基區(qū)）非常窄，所以這兩個結(jié)成為相互作用結(jié)。晶體管工作于正向有源區(qū)時，B-E結(jié)正偏，B-C結(jié)反偏。發(fā)射區(qū)中的多子注入基區(qū)，在那里，他們變成少子。少子擴散過基區(qū)進入B-C結(jié)空間電荷區(qū)，在那里，他們被掃入集電區(qū)。當(dāng)晶體管工作再正向有源區(qū)時，晶體管一端的電流（集電極電流）受另外兩個端點所施加的電壓（B-E結(jié)電壓）的控制。這就是其基本的工作原理。晶體管的三個擴散區(qū)有不同的少子濃度分布。器件中主要的電流由這些少子的擴散決定。共發(fā)射極電流增益是三個因子的函數(shù)-發(fā)射極注入效率系數(shù)，基區(qū)輸運系數(shù)和復(fù)合系數(shù)。發(fā)射極注入效率考慮了從基區(qū)注入到發(fā)射區(qū)的載流子，基區(qū)輸運系數(shù)反映了載流子在基區(qū)的復(fù)合，

27、復(fù)合系數(shù)反映了載流子在正偏發(fā)射結(jié)內(nèi)部的復(fù)合。考慮了幾個非理想效應(yīng)：1. 基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)，說著說是厄爾利效應(yīng)-中性基區(qū)寬度隨B-C結(jié)電壓變化而發(fā)生變化，于是集電極電流隨B-C結(jié)或C-E結(jié)電壓變化而變化。2. 大注入效應(yīng)使得集電極電流隨C-E結(jié)電壓增加而以低速率增加。3. 發(fā)射區(qū)禁帶變窄效應(yīng)是的發(fā)射區(qū)參雜濃度非常高時發(fā)射效率變小。4. 電流集邊效應(yīng)使得發(fā)射極邊界的電流密度大于中心位置的電流密度。5. 基區(qū)非均勻摻雜在基區(qū)中感生出靜電場，有助于少子度越基區(qū)。6. 兩種擊穿機制-穿通和雪崩擊穿。晶體管的三種等效電路或者數(shù)學(xué)模型。E-M模型和等效電路對于晶體管的所有工作模式均適用?；鶇^(qū)為非均勻摻雜時使

28、用G-P模型很方便。小信號H-P模型適用于線性放大電路的正向有源晶體管。晶體管的截止頻率是表征晶體管品質(zhì)的一個重要參數(shù)，他是共發(fā)射極電流增益的幅值變?yōu)?時的頻率。頻率響應(yīng)是E-B結(jié)電容充電時間、基區(qū)度越時間、集電結(jié)耗盡區(qū)度越時間和集電結(jié)電容充電時間的函數(shù)。雖然開關(guān)應(yīng)用涉及到電流和電壓較大的變化，但晶體管的開關(guān)特性和頻率上限直接相關(guān)，開關(guān)特性的一個重要的參數(shù)是點和存儲時間，它反映了晶體管有飽和態(tài)轉(zhuǎn)變變成截止態(tài)的快慢。重要術(shù)語解釋：1、a截止頻率：共基極電流增益幅值變?yōu)槠涞皖l值的1根號2時的頻率，就是截止頻率。2、禁帶變窄：隨著發(fā)射區(qū)中摻雜，禁帶的寬度減小。3、基區(qū)渡越時間：少子通過中性基區(qū)所用的

29、時間。4、基區(qū)輸運系數(shù)：共基極電流增益中的一個系數(shù)，體現(xiàn)了中性基區(qū)中載流子的復(fù)合。5、基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)：隨C-E結(jié)電壓或C-B結(jié)電壓的變化，中性基區(qū)寬度的變化。6、B截止效率：共發(fā)射極電流增益幅值下降到其頻值的1根號2時的頻率。7、集電結(jié)電容充電時間：隨發(fā)射極電流變化，B-C結(jié)空間電荷區(qū)和急電區(qū)-襯底結(jié)空間電荷區(qū)寬度發(fā)生變化的時間常數(shù)。8、集電結(jié)耗盡區(qū)渡越時間：載流子被掃過B-C結(jié)空間電荷區(qū)所需的時間。9、共基極電流增益：集電極電流與發(fā)射極電流之比。10、共發(fā)射極電流增益：集電極電流與基極電流之比。11、電流集邊：基極串聯(lián)電阻的橫向壓降使得發(fā)射結(jié)電流為非均勻值。12、截止：晶體管兩個結(jié)均加零偏

30、或反偏時，晶體管電流為零的工作狀態(tài)。13、截止頻率：共發(fā)射極電流增益的幅值為1時的頻率。14、厄爾利電壓：反向延長晶體管的I-V特性曲線與電壓軸交點的電壓的絕對值。15、E-B結(jié)電容充電時間：發(fā)射極電流的變化引起B(yǎng)-E結(jié)空間電荷區(qū)寬度變化所需的時間。16、發(fā)射極注入效率系數(shù)：共基極電流增益的一個系數(shù)，描述了載流子從基區(qū)向發(fā)射區(qū)的注入。17、正向有源：B-E結(jié)正偏、B-C結(jié)反偏時的工作模式。18、反向有源：B-E結(jié)反偏、B-C結(jié)正偏時的工作模式。19、輸出電導(dǎo)：集電極電流對C-E兩端電壓的微分之比。這一章討論了MOSFET的基本物理結(jié)構(gòu)和特性MOSFET的核心為MOS電容器。與氧化物-半導(dǎo)體界面

31、相鄰的半導(dǎo)體能帶是玩去的，他由加載MOS電容器上的電壓決定。表面處導(dǎo)帶和價帶相對于費米能級的位置是MOS電容器電壓的函數(shù)。氧化層-半導(dǎo)體界面處的半導(dǎo)體表面可通過施加正偏柵壓由到發(fā)生反型，或者通過施加負柵壓由n型到p型發(fā)生發(fā)型。因此在于氧化層相鄰處產(chǎn)生了反型層流動電荷?；綧OS場效應(yīng)原理是有反型層電荷密度的調(diào)制作用體現(xiàn)的討論了MOS電容器的C-V特性。例如，等價氧化層陷阱電荷密度和界面態(tài)密度可由C-V測量方法決定兩類基本的MOSFET為n溝和p溝，n溝中的電流由反型層電子的流動形成，p溝中的電流由反型層空穴流動形成。這兩類器件都可以是增強型的，通常情況下器件是關(guān)的，需施加一個柵壓才能使器件開啟

32、；也可以是耗盡型的，此時在通常情況下器件是開的，需施加一個柵壓才能使器件關(guān)閉平帶電壓是滿足條件時所加的柵壓，這時導(dǎo)帶和價帶不發(fā)生彎曲，并且半導(dǎo)體中沒有空間電荷區(qū)。平帶電壓時金屬-氧化層勢壘的高度、半導(dǎo)體-氧化層勢壘高度以及固定氧化層陷阱電荷數(shù)量的函數(shù)閾值電壓是指半導(dǎo)體表面達到閾值反型點時所加的柵壓，此時反型層電荷密度的大小等于半導(dǎo)體摻雜濃度。閾值電壓是平帶電壓、半導(dǎo)體摻雜濃度和氧化層厚度的函數(shù)。MOSFET中的電流是由反型層載流子在漏源之間的流動形成的。反型層電荷密度和溝道電導(dǎo)是由柵壓控制，這意味著溝道電流被柵壓控制當(dāng)晶體管偏置在非飽和區(qū)（VDSVDS(sat)）時，反型電荷密度在漏端附近被夾

33、斷，此時理想漏電流僅是柵源電壓的函數(shù)實際的MOSFET是一個四端器件，在襯底或體為第四端。隨著反偏源-襯底電壓的增加，閾值電壓增大。在源端和襯底不存在電學(xué)連接的集成電路中，襯底偏置效應(yīng)變得很重要。討論了含有電容的MOSFET小信號等效電路。分析了影響頻率限制的MOSFET的一些物理因素。特別的，由于密勒效應(yīng)，漏源交替電容成為了MOSFET頻率響應(yīng)的一個制約罌粟。作為器件頻率響應(yīng)的一個特點，截止頻率反比于溝道長度，因此，溝道長度的減小將導(dǎo)致MOSFET頻率性能的提高簡要討論了n溝和p溝器件制作在同一塊芯片上的CMOS技術(shù)。被電學(xué)絕緣的p型和n型襯底區(qū)時電容兩類晶體管的必要條件。有不同的工藝來實現(xiàn)

34、這一結(jié)構(gòu)。CMOS結(jié)構(gòu)中遇到的一個潛在問題是閂鎖現(xiàn)象，即可能發(fā)生在四層pnpn結(jié)構(gòu)中的高電流、低電壓情況重要術(shù)語解釋對基層電荷：由于熱平衡載流子濃度過剩而在氧化層下面產(chǎn)生的電荷體電荷效應(yīng)：由于漏源電壓改變而引起的沿溝道長度方向上的空間電荷寬度改變所導(dǎo)致的漏電流偏離理想情況溝道電導(dǎo)：當(dāng)VDS0時漏電流與漏源電壓改變的過程CMOS：互補MOS；將p溝和n溝器件制作在同一芯片上的電路工藝截至頻率：輸入交流柵電流等于輸處交流漏電流時的信號頻率耗盡型MOSFET：必須施加?xùn)烹妷翰拍荜P(guān)閉的一類MOSFET增強型MOSFET：鼻血施加?xùn)烹妷翰拍荛_啟的一類MOSFET等價固定氧化層電荷：與氧化層半導(dǎo)體界面緊鄰

35、的氧化層中的有效固定電荷，用QSS表示。平帶電壓：平帶條件發(fā)生時所加的柵壓，此時在氧化層下面的半導(dǎo)體中沒有空閑電荷區(qū)柵電容充電時間：由于柵極信號變化引起的輸入柵電容的充電或放電時間界面態(tài)：氧化層半導(dǎo)體界面處禁帶寬度中允許的電子能態(tài)反型層電荷：氧化層下面產(chǎn)生的電荷，它們與半導(dǎo)體摻雜的類型是相反的反型層遷移率：反型層中載流子的遷移率閂鎖：比如在CMOS電路中那樣，可能發(fā)生在四層pnpn結(jié)構(gòu)中的高電流 低電壓現(xiàn)象最大空間電荷區(qū)寬度：閾值反型時氧化層下面的空間電荷區(qū)寬度金屬半導(dǎo)體功函數(shù)差：金屬功函數(shù)和電子親和能之差的函數(shù)，用ms表示臨界反型：當(dāng)柵壓接近或等于閾值電壓時空間電荷寬度的微弱改變，并且反型層

36、電荷密度等于摻雜濃度時的情形柵氧化層電容：氧化層介電常數(shù)與氧化層厚度之比，表示的是單位面積的電容，記為Cox飽和：在漏端反型電荷密度為零且漏電流不再是漏源電壓的函數(shù)的情形強反型：反型電荷密度大于摻雜濃度時的情形閾值反型點：反型電荷密度等于摻雜濃度時的情形閾值電壓：達到閾值反型點所需的柵壓跨導(dǎo)：漏電流ude該變量與其對應(yīng)的柵壓該變量之比弱反型：反型電流密度小于摻雜濃度時的情形第十二章小結(jié)：1.、亞閾值電導(dǎo)是指在MOSFET中當(dāng)柵-源電壓小于閾值電壓時漏電流不為零。這種情況下，晶體管被偏置在弱反型模式下，漏電流有擴散機制而非漂移機制控制。亞閾值電導(dǎo)可以在集成電路中產(chǎn)生一個較明顯的靜態(tài)偏置電流。2、

37、當(dāng)MOSEFT工作于飽和區(qū)時，由于漏極處的耗盡區(qū)進入溝道區(qū)，有效溝道長度會隨著漏電壓的增大而減小。漏電流與溝道長度成反比，成為漏-源函數(shù)。該效應(yīng)稱為溝道長度調(diào)制效應(yīng)。3、反型層中的載流子遷移率不是常數(shù)。當(dāng)柵壓增大時，氧化層界面處的電場增大，引起附加的表面散射。這些散射的載流子導(dǎo)致遷移率的下降，使其偏離理想的電流-電壓曲線。4、隨著溝道長度的減小，橫向電場增大。溝道中流動的載流子可以達到飽和速度；從而在較低的漏極電壓下漏電流就會飽和。此時，漏電流成為柵-源電壓的線性函數(shù)。5、MOSEFT設(shè)計的趨勢是使器件尺寸越來越小。我們討論了恒定電場等比例縮小理論。該理論是指溝道長度、溝道寬度、氧化層厚度和工

38、作電壓按照相同的比例因子縮小，而襯底摻雜濃度按照相同的比例因子增大。6、討論了隨著器件尺寸的縮小閾值電壓的修正。由于襯底的電荷分享效應(yīng)，隨著溝道長度的縮小，閾值電壓也減?。浑S著溝道寬度的減小，閾值電壓會增大。7、討論了各種電壓擊穿機制。包括柵氧化層擊穿、溝道雪崩擊穿、寄生晶體管擊穿以及漏源穿通效應(yīng)。這些機制都可以事器件更快的衰退。輕摻雜漏可以吧漏極擊穿效應(yīng)降到最小。8、離子注入可以改變和調(diào)整溝道區(qū)中的襯底摻雜濃度，從而得到滿意的閾值電壓，他可以作為調(diào)整閾值電壓的最后一步。這個過程成為通過離子注入調(diào)整閾值電壓。重要術(shù)語解釋：1、溝道長度調(diào)制：當(dāng)MOSEFT進入飽和區(qū)時有效溝道長度隨漏-源電壓的改

39、變。2、熱電子：由于在高場強中被加速，能量遠大于熱平衡時的值的電子。3、輕摻雜漏（LDD）:為了減小電壓擊穿效應(yīng)，在緊鄰溝道處建造一輕摻雜漏區(qū)的MOSEFT。4、窄溝道效應(yīng)：溝道寬度變窄后的閾值電壓的偏移。5、源漏穿通：由于漏-源電壓引起的漏極和襯底之間的勢壘高度降低，從而導(dǎo)致漏電流的迅速增大。6、短溝道效應(yīng)：溝道長度變短引起的閾值電壓的偏移。7、寄生晶體管擊穿：寄生雙極晶體管中電流增益的改變而引起的MOSEFT擊穿過程中出現(xiàn)的負阻效應(yīng)。8、亞閾值導(dǎo)電：當(dāng)晶體管柵偏置電壓低于閾值反型點時，MOSEFT中的導(dǎo)電過程。9、表面散射：當(dāng)載流子在源極與漏極漂移時，氧化層-半導(dǎo)體界面處載流子的電場吸收作

40、用和庫侖排斥作用。10、閾值調(diào)整：通過離子注入改變半導(dǎo)體摻雜濃度，從而改變閾值電壓的過程。第十三章小結(jié)：1、三種普通的JEFT是pn JEFT、MESFET、以及HEMT。2、JFET中的電流由垂直于電流方向的電場控制，電流存在于源極和漏極家畜之間的溝道區(qū)中。在pn JFET中，溝道形成了pn結(jié)的一邊，用于調(diào)制溝道電導(dǎo)。3、JFET的兩個主要參數(shù)是內(nèi)建夾斷電壓Vpo和夾斷電壓Vp（閾電壓）。內(nèi)建夾斷電壓定義為正值，它是引起結(jié)的空間電荷層完全填滿溝道區(qū)的柵極與溝道之間的總電勢。夾斷電壓（閾電壓）定義成形成夾斷是所需加的柵極電壓。4、跨導(dǎo)即晶體管增益，是漏電流隨著柵極電壓的變化率。5、三種非理想的

41、因素：溝道長度調(diào)制效應(yīng)、飽和速度和亞閾值電流，這些效應(yīng)將改變理想的I-V關(guān)系。6、小信號等效電路，等效電路中包含等效電容；兩個物理因素影響到頻率限制，即溝道輸運時間與電容電荷存儲時間。電容電荷存儲時間常數(shù)通常在短溝道器件中起作用。7、在異質(zhì)結(jié)表面，二維電子氣被限制在勢阱中。電子可以平行于表面運動。這些電子與電離了的空穴分離，以減小電離雜質(zhì)散射效應(yīng)，形成高的遷移率。重要術(shù)語解釋：1電容電荷存儲時間：柵極輸入信號改變時柵極輸入電容存儲或釋放電荷的時間。2、溝道電導(dǎo)：當(dāng)漏源電壓趨近于極限值零時，漏電源隨著漏源電壓的變化率。3、溝道電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)：溝道電導(dǎo)隨柵極電壓的變化過程。4、溝道長度調(diào)制效應(yīng)：JFET處于飽和區(qū)是，有效溝道長度隨漏源電壓的變化。5、電導(dǎo)參數(shù)：增強型MESFET的漏電源與柵源電壓的表達式中的倍數(shù)因子k。6、截止頻率：小信號柵極輸入電流值與小信號漏極電流值一致時的頻率。7、耗盡型JFET：必須加以柵極電壓才能形成溝道夾斷是器件截止的JFET。8、增強型JFET:柵極電壓為零時已經(jīng)夾斷，必須加以柵源電壓以形成溝道，以是器件開啟的JFET。9、內(nèi)建夾斷電壓：溝道夾斷是柵結(jié)上的總電壓降。10、輸出電阻：柵源電壓