半導(dǎo)體器件物理 哈理工 復(fù)習(xí)資料 縮印

1、121.PN結(jié)：采用不同的摻雜工藝，通過(guò)擴(kuò)散作用，將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱(chēng)為PN結(jié)。2.雪崩擊穿：隨著PN結(jié)反向電壓的增加，勢(shì)壘中電場(chǎng)強(qiáng)度也在增加。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，勢(shì)壘區(qū)中載流子就會(huì)碰撞電離出新的電子空穴對(duì)。新的電子空穴對(duì)在電場(chǎng)作用下繼續(xù)碰撞產(chǎn)生新的載流子，如此反復(fù)即碰撞電離率增加，流過(guò)PN結(jié)的電流急劇增大，擊穿PN結(jié)。3.空間電荷區(qū)：在PN結(jié)中，由于自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)，使PN結(jié)中間產(chǎn)生一個(gè)很薄的電荷區(qū)，就是空間電荷區(qū)。4.耗盡層電容：由于耗盡層內(nèi)空間電荷隨偏壓變化所引起的電容稱(chēng)為PN結(jié)耗盡層電容。5.MOS閾值電壓

2、：閾值電壓是形成強(qiáng)反型層時(shí)所需要的最小柵極電壓。它的第一項(xiàng)表示在形成強(qiáng)反型層時(shí)，要用一部分電壓去支撐空間電荷QB；第二項(xiàng)表示要用一部分電壓為半導(dǎo)體表面提供達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)需要的表面勢(shì)。6.強(qiáng)反型：當(dāng)表面電子濃度等于體內(nèi)平衡多子濃度時(shí)，半導(dǎo)體表面形成強(qiáng)反型層。7.載流子擴(kuò)散漂移觀點(diǎn)分析空間電荷區(qū)形成當(dāng)N型P型材料放在一起時(shí)，P型材料中多的空穴向N型擴(kuò)散，N型多的電子向P型擴(kuò)散，由于擴(kuò)散，在互相靠近N側(cè)和P側(cè)分別出現(xiàn)施主離子和受主離子，這些空間電荷建立一個(gè)電場(chǎng)，即空間電荷區(qū)。8.載流子擴(kuò)散漂移分析PN結(jié)單向?qū)щ娦匀粼赑N結(jié)加正向電壓，PN結(jié)勢(shì)壘高度下降，減小的勢(shì)壘高度有助于擴(kuò)散通過(guò)PN結(jié)，形成大的電流

3、，若加反向電壓，勢(shì)壘高度增加，漂移作用增強(qiáng)，阻擋載流子通過(guò)PN結(jié)擴(kuò)散，所以PN結(jié)單向?qū)щ?.5種半導(dǎo)體器件：PN結(jié)，光電二極管，JFET,MOSFET，太陽(yáng)能電池。2.PN結(jié)隧道電流產(chǎn)生條件：費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入能帶；空間電荷層的寬度很窄，因而有高的隧道3.穿透概率；在相同的能力水平上，在一側(cè)的能帶中有電子而在另一側(cè)的能帶中有空的狀態(tài)。4.PN結(jié)正向注入：PN結(jié)加上正向偏壓時(shí)，在結(jié)邊緣np>np0,pn>pn0 反向抽?。篜N結(jié)加反向偏壓時(shí)，將偏壓V換成VR，此時(shí)，np<np0,pn<pn05.電荷存儲(chǔ)效應(yīng):當(dāng)加一恒定的正向偏壓時(shí)，載流子被注入并保持在PN結(jié)二極管中。6.耗盡層

4、電容：由于耗盡層內(nèi)空間電荷隨偏壓變化所引起的電容稱(chēng)為PN結(jié)耗盡層電容。7.BJT四種工作模式及工作條件：正向有源模式（VE>0,VC<0)反向有源（< >）飽和模式（>>）截止模式（<<）8.處于放大區(qū)的晶體管內(nèi)各電流分量及它們之間滿足的關(guān)系：IE=InE+IpE+IRE, IB=IpE+IRE+(InE-InC)-IC0, IC=InC+IC0 , IE=IB+IC9.雙極型晶體管放大作用的基本原理：BJT的輸入電流的變化將引起輸出電流的變化，如果在集電極回路中接入適當(dāng)?shù)呢?fù)載RL就可以實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)放大，這就是8.列舉三種雙極型晶體管的非理想效應(yīng)

5、：基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)；基區(qū)擴(kuò)展電阻，電流集聚效應(yīng)；緩變基區(qū)晶體管。9.金屬和N型半導(dǎo)體接觸當(dāng) M> S，整流結(jié)；當(dāng)M<S，歐姆結(jié)。P型相反10指出金屬和重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸形成是歐姆結(jié)還是整流結(jié)并簡(jiǎn)述原因非整流的歐姆結(jié) 原因：空間電荷區(qū)薄，易于隧穿，沒(méi)有方向性11.使用的Si肖特基勢(shì)壘二極管主要有哪三種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單接觸結(jié)構(gòu) 金屬搭接結(jié)構(gòu) 采用保護(hù)環(huán)二極管結(jié)構(gòu)12.解釋肖特基效應(yīng)對(duì)于肖特基勢(shì)壘，這個(gè)勢(shì)能將疊加到理想肖特基勢(shì)壘能帶圖上，使原來(lái)的理想肖特基勢(shì)壘的電子能量曲線在x=0處下降，也就是說(shuō)使肖特基勢(shì)壘高度下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為肖特基勢(shì)壘的鏡像力降低，又稱(chēng)為肖特基效應(yīng)。13.-畫(huà)出肖特基勢(shì)壘鉗位

6、晶體管電路和集成結(jié)構(gòu)圖并解釋其工作原理肖特基勢(shì)壘鉗位晶體管是按其集成結(jié)構(gòu)以集成電路的形式實(shí)現(xiàn)的，鋁在輕摻雜的N型集電區(qū)上形成極好的肖特基勢(shì)壘，同時(shí)在重?fù)诫s的P型基區(qū)上形成優(yōu)良的歐姆接觸，這兩種接觸可以只通過(guò)一步金屬化實(shí)現(xiàn)，不需要額外工藝。14.解釋JFET溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)夾斷條件規(guī)定為兩個(gè)空間電荷區(qū)在溝道中心相遇，如圖，夾斷首先發(fā)生在漏端，當(dāng)漏極電壓進(jìn)一步增加時(shí)，溝道中更多的自由載流子被耗盡，結(jié)果使耗盡區(qū)的長(zhǎng)度增加，夾斷點(diǎn)向源端移動(dòng)，電中性的溝道長(zhǎng)度減小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)。14-寫(xiě)出理想JFET的基本假設(shè)并導(dǎo)出I-V特性方程 1、單邊突變結(jié) 2、溝道內(nèi)雜質(zhì)分布均勻3、溝道內(nèi)載流子遷

7、移率為常數(shù) 4、忽略有源區(qū)以外源區(qū)、漏區(qū)以及接觸上的電壓降，于是溝道長(zhǎng)度為L(zhǎng) 5、緩變溝道近似，即空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)沿y方向（/y/x），而導(dǎo)電溝道內(nèi)的電場(chǎng)只有x方向上的分量（/x/y）。 6、長(zhǎng)溝道近似，L2（2a），于是W沿著L改變很小，可看做矩形溝道。I-V特性方程15-畫(huà)出JFET的基本結(jié)構(gòu)并解釋其工作原理在正常工作條件下，反向偏壓加于柵極PN結(jié)的兩側(cè)，使得空間電荷區(qū)向溝道內(nèi)部擴(kuò)展，耗盡層中的載流子耗盡，結(jié)果溝道的截面積減小，從而溝道電導(dǎo)減小。這樣，源極和漏極之間流過(guò)的電流就受到柵極電壓的調(diào)制。這種通過(guò)表面電場(chǎng)調(diào)制半導(dǎo)體電導(dǎo)的效應(yīng)就稱(chēng)為場(chǎng)效應(yīng)，這就是JFET的基本工作原理。16.-閾值電

8、壓是MOS結(jié)構(gòu)的重要參量，閾值電壓定義為：形成強(qiáng)反型所需要的最小柵極電壓。17-為什么MOS結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)反型層以后，特別是接近強(qiáng)反型層是反型層中電子電荷q1的積累與外加電壓信號(hào)的頻率密切相關(guān)根據(jù)公式可得表面電容由表面電荷隨表面勢(shì)的變化率決定，在MOS器件進(jìn)入反型區(qū)以后，由，其中為反型層中電子電荷，為耗盡層中電離受主電荷。而反型層中的電荷主要是由耗盡層中的電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合影響的，高頻時(shí)，耗盡層中電子空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合跟不上信號(hào)的變化，故，這時(shí)增大導(dǎo)致增大減小。低頻時(shí)耗盡層中電子空穴對(duì)的產(chǎn)生能跟上信號(hào)的變化，則對(duì)電容貢獻(xiàn)是主要的，（而耗盡層的寬度和電荷不變，），由于變化很快，故很大，18.-

9、解釋理想MOS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體半導(dǎo)體表面空間電荷區(qū)的載流子反型現(xiàn)象由于少數(shù)載流子電子濃度高于本征載流子濃度，而多數(shù)載流子空穴的濃度低于本征載流子濃度，這一層半導(dǎo)體有P型變成了N型，稱(chēng)為反型層，這種現(xiàn)象稱(chēng)為載流子反型。19-試推導(dǎo)理想MOS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體表面空間電荷區(qū)的載流子反型和強(qiáng)反型條件，寫(xiě)出必要的推導(dǎo)過(guò)程當(dāng)ns=ni時(shí)，半導(dǎo)體表面呈現(xiàn)本征狀態(tài)，此后半導(dǎo)體表面開(kāi)始發(fā)生反型，所以載流子反型條件為s=f 即當(dāng)半導(dǎo)體表面勢(shì)等于體內(nèi)費(fèi)米勢(shì)時(shí)，半導(dǎo)體表面開(kāi)始反型規(guī)定當(dāng)表面電子濃度等于體內(nèi)平衡多子濃度時(shí)，半導(dǎo)體表面形成強(qiáng)反型層 si =2f20. 載流子的積累，耗盡，反型積累：半導(dǎo)體表面多數(shù)載流子濃度高于體內(nèi)多數(shù)

10、載流子濃度的現(xiàn)象耗盡：表面空穴濃度低于體內(nèi)熱平衡值，造成多數(shù)載流子空穴的耗盡反型：由于少數(shù)載流子電子濃度高于本征載流子濃度，而多數(shù)載流子空穴的濃度低于本征載流子的濃度這一層半導(dǎo)體由P型變成N型這種現(xiàn)象叫載流子的反型20.歐姆接觸:是這樣的一種接觸,它在所使用的結(jié)構(gòu)上不會(huì)添加較大的寄生電阻,且不足以改變半導(dǎo)體內(nèi)的平衡載流子濃度使器件特性受到影響.Pn結(jié)與m-s對(duì)比1.高的工作頻率和開(kāi)關(guān)速度 2.大的飽和電流3.低的正向壓降，更高的反向電流 缺點(diǎn)：額外的漏電流（軟擊穿）4.多子數(shù)目起伏小，噪聲小5.肖特基具有更穩(wěn)定的溫度特性。21.解釋PN結(jié)空間電荷正偏復(fù)合電流產(chǎn)生的原因：正偏時(shí)，由于空間電荷區(qū)有

11、非平衡載流子的注入，邊緣的載流子濃度增加，以至于大與平衡載流子濃度。這些過(guò)量的載流子穿越空間電荷區(qū)，似的載流子濃度超過(guò)平衡值?？臻g電荷區(qū)會(huì)有復(fù)合，即：空間電荷區(qū)內(nèi)存在復(fù)合電流。23.MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的類(lèi)型M0SFET共有四種類(lèi)型:N溝道增強(qiáng)型、N溝道耗盡型、P溝道增強(qiáng)型和P溝道耗盡型。N溝道增強(qiáng)型MOSFET在零柵極電壓時(shí)不存在導(dǎo)電溝道，欲使器件導(dǎo)通則需要加正的柵極偏壓使半導(dǎo)體表面反型。N溝道耗盡型MOSFFT在零柵極偏壓時(shí)就存在導(dǎo)電溝道，欲使器件截止則需要加負(fù)的柵極偏壓以耗盡溝道內(nèi)的載流子。P溝道增強(qiáng)型M0SFET在零柵極電壓時(shí)不存在導(dǎo)電溝道，欲使器件導(dǎo)通則需要加負(fù)的柵極偏壓使半導(dǎo)體表面反

12、型。P溝道耗盡型MOSFET在零柵極偏壓時(shí)就存在導(dǎo)電溝道，欲使器件截止則需要加正的柵極偏壓以耗盡溝道內(nèi)的載流子(見(jiàn)圖6-21中的轉(zhuǎn)移特性圖) 24.雙極晶體管的四種工作模式和少子分布四種工作模式如下。（1）正向有源工作模式()：基區(qū)少子滿足的邊界條件為。E-M方程為(2) 反向有源工作模式()：相應(yīng)的邊界條件為E-M方程為(3) 飽和工作模式()相應(yīng)的邊界條件為E-M方程為(4) 截止工作模式()相應(yīng)的邊界條件為E-M方程為加上邊界條件習(xí)題3.2一個(gè)NPN硅晶體管具有下列參數(shù): ,再均勻摻雜基區(qū),.若集電結(jié)被反向偏置, ,計(jì)算在發(fā)射極基區(qū)一邊的過(guò)量電子濃度,發(fā)射結(jié)電壓以及基區(qū)輸運(yùn)因子.習(xí)題4.5已知肖特基二