半導(dǎo)體總復(fù)習(xí)

1、第第0 0章章4種基本器件結(jié)構(gòu)。種基本器件結(jié)構(gòu)。 金屬金屬-半導(dǎo)體接觸：整流接觸，歐姆接觸。金半場(chǎng)效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體接觸：整流接觸，歐姆接觸。金半場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MESFET）：整流接觸，柵極；歐姆接觸，漏極、源極。）：整流接觸，柵極；歐姆接觸，漏極、源極。 p-n結(jié)：半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其理論模型是半導(dǎo)體器件物結(jié)：半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其理論模型是半導(dǎo)體器件物理的基礎(chǔ)；理的基礎(chǔ)；p-n-p雙極型晶體管。雙極型晶體管。 異質(zhì)結(jié)：由兩種不同半導(dǎo)體材料形成的；高速器件、光電器異質(zhì)結(jié)：由兩種不同半導(dǎo)體材料形成的；高速器件、光電器件的關(guān)鍵構(gòu)成。件的關(guān)鍵構(gòu)成。 金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

2、 （MOS）：可制作）：可制作MOSFET，MOS結(jié)構(gòu)，柵極；結(jié)構(gòu)，柵極；p-n結(jié)，漏極、源極。結(jié)，漏極、源極。第第1 1章章 立方晶系基本的晶體結(jié)構(gòu)（每個(gè)晶胞中所含的原子數(shù)）立方晶系基本的晶體結(jié)構(gòu)（每個(gè)晶胞中所含的原子數(shù)）簡(jiǎn)立方（簡(jiǎn)立方（1=8*1/8）、體心立方（）、體心立方（2=8*1/8+1）、面心立方（）、面心立方（4=1/2*6+1）金剛石晶格結(jié)構(gòu)（金剛石晶格結(jié)構(gòu)（Si）（）（8）閃鋅礦晶格結(jié)構(gòu)（閃鋅礦晶格結(jié)構(gòu)（GaAs）（）（8） 密勒指數(shù)的求解。密勒指數(shù)的求解。 一般同一種半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶電子有效質(zhì)量小于價(jià)帶空穴有一般同一種半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶電子有效質(zhì)量小于價(jià)帶空穴有效質(zhì)量。效質(zhì)

3、量。 直接帶隙半導(dǎo)體（直接帶隙半導(dǎo)體（GaAs）cf. 間接帶隙半導(dǎo)體（間接帶隙半導(dǎo)體（ Si、Ge ）。）。 熱平衡狀態(tài)：恒溫下的穩(wěn)定狀態(tài)，且無(wú)任何外來(lái)干擾（如照熱平衡狀態(tài)：恒溫下的穩(wěn)定狀態(tài)，且無(wú)任何外來(lái)干擾（如照光、壓力或電場(chǎng)）。光、壓力或電場(chǎng)）。載流子濃度不變，熱擾動(dòng)，動(dòng)態(tài)平衡。載流子濃度不變，熱擾動(dòng)，動(dòng)態(tài)平衡。近似條件下導(dǎo)帶電子濃度為近似條件下導(dǎo)帶電子濃度為expCFCEEnNkT價(jià)帶中的空穴濃度為價(jià)帶中的空穴濃度為 expFVVEEpNkT 本征半導(dǎo)體，本征載流子濃度本征半導(dǎo)體，本征載流子濃度ni，本征費(fèi)米能級(jí)，本征費(fèi)米能級(jí)Ei。室溫下，。室溫下，本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)本征半導(dǎo)體的費(fèi)米

4、能級(jí)Ei相當(dāng)靠近禁帶的中央。相當(dāng)靠近禁帶的中央。 非本征半導(dǎo)體，施主、受主（雜質(zhì)種類判斷），雜質(zhì)能級(jí)、非本征半導(dǎo)體，施主、受主（雜質(zhì)種類判斷），雜質(zhì)能級(jí)、n型半導(dǎo)體、型半導(dǎo)體、p型半導(dǎo)體、多子、少子概念。型半導(dǎo)體、多子、少子概念。 非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：電子或空穴的濃度分別遠(yuǎn)低于導(dǎo)帶或價(jià)帶中非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：電子或空穴的濃度分別遠(yuǎn)低于導(dǎo)帶或價(jià)帶中有效態(tài)密度，即有效態(tài)密度，即EF至少比至少比EV高高3kT，或比，或比EC低低3kT的半導(dǎo)體。的半導(dǎo)體。 室溫下，完全電離，非本征半導(dǎo)體中多子濃度為雜質(zhì)濃度。室溫下，完全電離，非本征半導(dǎo)體中多子濃度為雜質(zhì)濃度。DCFCNNkTEElnAVVFNNkTEEln熱平衡

5、情況下，無(wú)論對(duì)于本征還是非本征半導(dǎo)體，該熱平衡情況下，無(wú)論對(duì)于本征還是非本征半導(dǎo)體，該式都成立，稱為質(zhì)量作用定律。式都成立，稱為質(zhì)量作用定律。 施主與受主同時(shí)存在，由較高濃度雜質(zhì)決定半導(dǎo)體傳導(dǎo)類型。施主與受主同時(shí)存在，由較高濃度雜質(zhì)決定半導(dǎo)體傳導(dǎo)類型。 費(fèi)米能級(jí)調(diào)整以保持電中性，即總負(fù)電荷（包括導(dǎo)帶電子和受費(fèi)米能級(jí)調(diào)整以保持電中性，即總負(fù)電荷（包括導(dǎo)帶電子和受主離子）主離子）=總正電荷（包括價(jià)帶空穴和施主離子）?？傉姾桑ò▋r(jià)帶空穴和施主離子）。2inpn 漂移運(yùn)動(dòng)（小電場(chǎng)漂移運(yùn)動(dòng)（小電場(chǎng)E）、漂移速度、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。）、漂移速度、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。 影響遷移率的影響遷移率的兩種重要散射機(jī)制：兩種重要散

6、射機(jī)制：（1）晶格散射，（）晶格散射，（2）雜質(zhì)（電離雜質(zhì)）散射）雜質(zhì)（電離雜質(zhì)）散射 一般情況下，同一半導(dǎo)體材料中，一般情況下，同一半導(dǎo)體材料中，np，主要是由于通常電，主要是由于通常電子有效質(zhì)量小于空穴有效質(zhì)量。子有效質(zhì)量小于空穴有效質(zhì)量。第第2章章11npq np電阻率電阻率p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體1.pqp1nqnn型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 愛因斯坦關(guān)系式愛因斯坦關(guān)系式 濃度梯度與電場(chǎng)（低電場(chǎng)）同時(shí)存在，總傳導(dǎo)電流密度濃度梯度與電場(chǎng)（低電場(chǎng)）同時(shí)存在，總傳導(dǎo)電流密度 condnpnnppdndpJJJqnEqDqpEqDdxdx 復(fù)合的概念；復(fù)合類型復(fù)合的概念；復(fù)合類型：（：（1）按復(fù)合過(guò)程釋放能量

7、的方式來(lái)按復(fù)合過(guò)程釋放能量的方式來(lái)分，（分，（2）按是否通過(guò)復(fù)合中心進(jìn)行復(fù)合來(lái)分。）按是否通過(guò)復(fù)合中心進(jìn)行復(fù)合來(lái)分。凈復(fù)合率凈復(fù)合率0nnpppU穩(wěn)態(tài)時(shí)：穩(wěn)態(tài)時(shí)：LGU 學(xué)會(huì)應(yīng)用學(xué)會(huì)應(yīng)用連續(xù)性方程連續(xù)性方程進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。 熱熱離化離化發(fā)射過(guò)程發(fā)射過(guò)程、隧穿過(guò)程、強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)。、隧穿過(guò)程、強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)。111LI第第3 3章章 p-n結(jié)：由結(jié)：由p型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體接觸形成的結(jié)。型半導(dǎo)體接觸形成的結(jié)。 整流性：只容許電流流經(jīng)單一方向。整流性：只容許電流流經(jīng)單一方向。 p-n結(jié)的形成過(guò)程（空間電荷、內(nèi)建電場(chǎng)、內(nèi)建電勢(shì)）。結(jié)的形成過(guò)程（空間電荷、內(nèi)建電場(chǎng)、內(nèi)建電勢(shì)）。 熱平衡時(shí)，熱平衡

8、時(shí)，p-n結(jié)能帶圖。熱平衡時(shí)，整個(gè)樣品上的費(fèi)米能級(jí)結(jié)能帶圖。熱平衡時(shí)，整個(gè)樣品上的費(fèi)米能級(jí)是常數(shù)（亦即與是常數(shù)（亦即與x無(wú)關(guān)）。無(wú)關(guān)）。 熱平衡，熱平衡，p型和型和n型中性區(qū)總靜電勢(shì)差即內(nèi)建電勢(shì)型中性區(qū)總靜電勢(shì)差即內(nèi)建電勢(shì)Vbi（方向）（方向） p-n結(jié)外加偏壓，耗盡區(qū)寬度、內(nèi)建電場(chǎng)、內(nèi)建電勢(shì)的變化。結(jié)外加偏壓，耗盡區(qū)寬度、內(nèi)建電場(chǎng)、內(nèi)建電勢(shì)的變化。 反偏，主要考慮耗盡層勢(shì)壘電容。正偏，除了勢(shì)壘電容，還反偏，主要考慮耗盡層勢(shì)壘電容。正偏，除了勢(shì)壘電容，還要考慮擴(kuò)散電容。要考慮擴(kuò)散電容。 單邊突變結(jié)：?jiǎn)芜呁蛔兘Y(jié)：2lnADbiiN NkTVqnBmsqN WE2sbiBVVWqN p-n結(jié)理想電

9、流結(jié)理想電流-電壓特性的假設(shè)：電壓特性的假設(shè)：4個(gè)假設(shè)，擴(kuò)散長(zhǎng)度。個(gè)假設(shè)，擴(kuò)散長(zhǎng)度。 反偏，耗盡區(qū)內(nèi)主要考慮產(chǎn)生反偏，耗盡區(qū)內(nèi)主要考慮產(chǎn)生-復(fù)合中的產(chǎn)生電流；而正偏時(shí)，復(fù)合中的產(chǎn)生電流；而正偏時(shí)，耗盡區(qū)內(nèi)則主要考慮復(fù)合電流。耗盡區(qū)內(nèi)則主要考慮復(fù)合電流。 Si和和GaAsp-n結(jié)測(cè)量的正向特性。結(jié)測(cè)量的正向特性。更高電流區(qū)域，電流隨正向更高電流區(qū)域，電流隨正向電壓增加的速率較為緩慢。與串聯(lián)電阻和大注入效應(yīng)有關(guān)。電壓增加的速率較為緩慢。與串聯(lián)電阻和大注入效應(yīng)有關(guān)。 p-n結(jié)擊穿機(jī)制：隧道效應(yīng)和雪崩倍增。對(duì)大部分二極管，雪結(jié)擊穿機(jī)制：隧道效應(yīng)和雪崩倍增。對(duì)大部分二極管，雪崩擊穿限制反向偏壓上限，也限

10、制雙極型晶體管集電極電壓崩擊穿限制反向偏壓上限，也限制雙極型晶體管集電極電壓和和MOSFET漏極電壓。隧穿只發(fā)生在高摻雜濃度的半導(dǎo)體中。漏極電壓。隧穿只發(fā)生在高摻雜濃度的半導(dǎo)體中。 對(duì)于對(duì)于Si和和GaAs：擊穿電壓小于約：擊穿電壓小于約4Eg/q時(shí)，擊穿機(jī)制歸因于隧時(shí)，擊穿機(jī)制歸因于隧穿效應(yīng)；擊穿電壓超過(guò)穿效應(yīng)；擊穿電壓超過(guò)6Eg/q，擊穿機(jī)制歸因于雪崩倍增；電，擊穿機(jī)制歸因于雪崩倍增；電壓在壓在4Eg/q和和6Eg/q之間，擊穿則為雪崩倍增和隧穿二者的混合。之間，擊穿則為雪崩倍增和隧穿二者的混合。 理想異質(zhì)結(jié)的形成，必須選擇晶格匹配的半導(dǎo)體材料。理想異質(zhì)結(jié)的形成，必須選擇晶格匹配的半導(dǎo)體材

11、料。 熱平衡時(shí)，異質(zhì)結(jié)能帶圖。熱平衡時(shí)，異質(zhì)結(jié)能帶圖。第第4 4章章 雙極型器件：電子與空穴皆參與導(dǎo)通，由兩個(gè)相鄰的互作用雙極型器件：電子與空穴皆參與導(dǎo)通，由兩個(gè)相鄰的互作用的的p-n結(jié)組成，其結(jié)構(gòu)可為結(jié)組成，其結(jié)構(gòu)可為p-n-p或或n-p-n。 n-p-n晶體管與晶體管與p-n-p晶體管的電流方向和電壓極性都相反。晶體管的電流方向和電壓極性都相反。 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)比集電區(qū)大；基區(qū)的濃度比發(fā)射區(qū)低，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)比集電區(qū)大；基區(qū)的濃度比發(fā)射區(qū)低，但高于集電區(qū)濃度?；鶇^(qū)寬度最窄，遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長(zhǎng)度。但高于集電區(qū)濃度?；鶇^(qū)寬度最窄，遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長(zhǎng)度。 右圖為一理想右圖為一理想p-n-p晶

12、晶體管在放大模式下的各體管在放大模式下的各電流成分。設(shè)耗盡區(qū)中電流成分。設(shè)耗盡區(qū)中無(wú)產(chǎn)生無(wú)產(chǎn)生-復(fù)合電流，則復(fù)合電流，則由發(fā)射區(qū)注入的空穴將由發(fā)射區(qū)注入的空穴將構(gòu)成最大的電流成分。構(gòu)成最大的電流成分。發(fā)發(fā)射射區(qū)區(qū))(P基基區(qū)區(qū))(n集集電電區(qū)區(qū))(PEICIBBIEnICnI CPI EPIBI空空穴穴電電流流和和空空穴穴流流電電子子電電流流電電子子流流圖圖4 4. .5 5基極電流有三個(gè)：基極電流有三個(gè)：IBB、IEn及及Icn。IBB=IEp-Icp，ICn=ICBO。 EnEpEIIICnCpCIIICnCpEpEnCEBIIIIIII 共基電流增益共基電流增益0CpTEII發(fā)射效率發(fā)射

13、效率EpEII基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)EpCpTII 為推導(dǎo)理想晶體管的電流、電壓表示式，五點(diǎn)假設(shè)。為推導(dǎo)理想晶體管的電流、電壓表示式，五點(diǎn)假設(shè)。 晶體管三端點(diǎn)的電流主要是由基極中的少子分布來(lái)決定。晶體管三端點(diǎn)的電流主要是由基極中的少子分布來(lái)決定。 共射電流增益：共射電流增益： 射基結(jié)、集基結(jié)偏壓不同，雙極型晶體管的四種工作模式。射基結(jié)、集基結(jié)偏壓不同，雙極型晶體管的四種工作模式。 低頻，共基電流增益是一固定值；頻率升高至一關(guān)鍵點(diǎn)后，低頻，共基電流增益是一固定值；頻率升高至一關(guān)鍵點(diǎn)后，共基電流增益將會(huì)降低。共基、共射截止頻率，特征頻率的共基電流增益將會(huì)降低。共基、共射截止頻率，特征頻率的定義。

14、定義。 異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管定義。電路應(yīng)用基本上與雙極型晶體管異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管定義。電路應(yīng)用基本上與雙極型晶體管相同，但其發(fā)射效率較高，具有較高速度，可以工作在更高相同，但其發(fā)射效率較高，具有較高速度，可以工作在更高頻率。假設(shè)頻率。假設(shè)HBT發(fā)射區(qū)和基區(qū)是不同的半導(dǎo)體材料，考慮它發(fā)射區(qū)和基區(qū)是不同的半導(dǎo)體材料，考慮它們的禁帶寬度差對(duì)們的禁帶寬度差對(duì)HBT電流增益造成的影響。而同質(zhì)結(jié)的雙電流增益造成的影響。而同質(zhì)結(jié)的雙極型晶體管無(wú)禁帶寬度差，必須將發(fā)射區(qū)和基區(qū)的摻雜比提極型晶體管無(wú)禁帶寬度差，必須將發(fā)射區(qū)和基區(qū)的摻雜比提到很高，這是同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管最基本的差異。到很高，這是同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)

15、結(jié)雙極型晶體管最基本的差異。0001第第5章章 q m、q s：功函數(shù)，：功函數(shù)，q：電子親和勢(shì)。：電子親和勢(shì)。 理想理想MOS電容器的定義。電容器的定義。 理想理想MOS電容器偏壓為正或負(fù)時(shí)，半導(dǎo)體表面出現(xiàn)三種狀況：電容器偏壓為正或負(fù)時(shí)，半導(dǎo)體表面出現(xiàn)三種狀況：積累現(xiàn)象、耗盡現(xiàn)象、反型現(xiàn)象。積累現(xiàn)象、耗盡現(xiàn)象、反型現(xiàn)象。p型半導(dǎo)體，反型起初，因型半導(dǎo)體，反型起初，因電子濃度較小，表面處于一弱反型狀態(tài)，當(dāng)能帶持續(xù)彎曲，電子濃度較小，表面處于一弱反型狀態(tài)，當(dāng)能帶持續(xù)彎曲，使得使得EC接近接近EF。當(dāng)靠近。當(dāng)靠近SiO-Si界面的電子濃度界面的電子濃度=NA時(shí)，開始產(chǎn)時(shí)，開始產(chǎn)生強(qiáng)反型，此時(shí)表面耗

16、盡區(qū)寬度達(dá)到最大值。生強(qiáng)反型，此時(shí)表面耗盡區(qū)寬度達(dá)到最大值。 理想理想MOS電容器總電容是由氧化層電容與半導(dǎo)體中的耗盡勢(shì)電容器總電容是由氧化層電容與半導(dǎo)體中的耗盡勢(shì)壘電容相互串聯(lián)而成。當(dāng)測(cè)量頻率高、低不同時(shí)的壘電容相互串聯(lián)而成。當(dāng)測(cè)量頻率高、低不同時(shí)的MOS電容。電容。 熱平衡時(shí)的熱平衡時(shí)的MOS能帶圖。能帶圖。 MOSFET是四端口器件，且參與導(dǎo)電的粒子是載流子中的一是四端口器件，且參與導(dǎo)電的粒子是載流子中的一種。第四端口襯底的偏壓亦會(huì)影響溝道電導(dǎo)。種。第四端口襯底的偏壓亦會(huì)影響溝道電導(dǎo)。 增強(qiáng)型、耗盡型增強(qiáng)型、耗盡型MOSFET的判別。的判別。第第7章章 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：金半接觸。電性：相當(dāng)于單

17、邊突變結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：金半接觸。電性：相當(dāng)于單邊突變p-n結(jié)。結(jié)。 金金-半接觸：整流接觸與歐姆接觸。半接觸：整流接觸與歐姆接觸。 熱平衡時(shí)，金半接觸能帶圖。熱平衡時(shí)，金半接觸能帶圖。nBmqqqnBbiVVn電子親和勢(shì)電子親和勢(shì)q、功函數(shù)、功函數(shù)q 、勢(shì)壘高度、勢(shì)壘高度q Bn。 肖特基勢(shì)壘定義。肖特基二極管（單極性器件）主要傳導(dǎo)機(jī)制肖特基勢(shì)壘定義。肖特基二極管（單極性器件）主要傳導(dǎo)機(jī)制是半導(dǎo)體中多子的熱離化發(fā)射越過(guò)接觸勢(shì)壘而進(jìn)入金屬中。是半導(dǎo)體中多子的熱離化發(fā)射越過(guò)接觸勢(shì)壘而進(jìn)入金屬中。 歐姆接觸的定義，如何形成良好的歐姆接觸。歐姆接觸的定義，如何形成良好的歐姆接觸。 MESFET電流電流-電壓

18、特性。具有多子器件所享有的快速響應(yīng)。電壓特性。具有多子器件所享有的快速響應(yīng)。 如何判斷耗盡型、增強(qiáng)型如何判斷耗盡型、增強(qiáng)型MESFET（包括（包括n溝、溝、p溝）。閾值溝）。閾值電壓的求解。電壓的求解。 改善改善MESFET的高頻性能。的高頻性能。 調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管是異質(zhì)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)器件調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管是異質(zhì)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)器件TbiPVVV22DPsqN aV nCFqVEE光子和固體內(nèi)電子間三種主要的相互作用過(guò)程：吸收（光子和固體內(nèi)電子間三種主要的相互作用過(guò)程：吸收（一個(gè)原處于基態(tài)的原子會(huì)吸收光子一個(gè)原處于基態(tài)的原子會(huì)吸收光子而過(guò)渡到激發(fā)態(tài)而過(guò)渡到激發(fā)態(tài)）、自發(fā)輻射（）、自發(fā)輻射（不需外來(lái)激發(fā)躍遷至基態(tài)，并釋放出一個(gè)能量為不需外來(lái)激發(fā)躍