(完整版)半導體器件物理試題庫

1、半導體器件試題庫常用單位：在室溫（T=300K）時，硅本征載流子的濃度為ni=1.5xlOio/cm3電荷的電量q=1.6X10-19C卩n=1350cm2/V-s卩p=500cm2/V-s0=8.854x1O-12F/m一、半導體物理基礎部分（一）名詞解釋題雜質補償：半導體內同時含有施主雜質和受主雜質時，施主和受主在導電性能上有互相抵消的作用，通常稱為雜質的補償作用。非平衡載流子：半導體處于非平衡態(tài)時，附加的產生率使載流子濃度超過熱平衡載流子濃度額外產生的這部分載流子就是非平衡載流子。遷移率：載流子在單位外電場作用下運動能力的強弱標志，即單位電場下的漂移速度。晶向：晶面：（二）填空題1根據(jù)半

2、導體材料內部原子排列的有序程度，可將固體材料分、多晶和三種。根據(jù)雜質原子在半導體晶格中所處位置，可分為雜質和雜質兩種。點缺陷主要分為、和反肖特基缺陷。線缺陷，也稱位錯，包括、兩種。5根據(jù)能帶理論，當半導體獲得電子時，能帶向彎曲，獲得空穴時，能帶向彎曲。6能向半導體基體提供電子的雜質稱為雜質；能向半導體基體提供空穴的雜質稱為雜質。7對于N型半導體，根據(jù)導帶低EC和Ef的相對位置，半導體可分為、弱簡并和三種。載流子產生定向運動形成電流的兩大動力是在Si-SiO2系統(tǒng)中，存、固定電荷、和輻射電離缺陷4種基本形式的電荷或能態(tài)。對于N型半導體，當摻雜濃度提高時，費米能級分別向移動；對于P型半導體，當溫度

3、升高時，費米能級向移動。簡答題什么是有效質量，引入有效質量的意義何在？有效質量與慣性質量的區(qū)別是什么？說明元素半導體Si、Ge中主要摻雜雜質及其作用？說明費米分布函數(shù)和玻耳茲曼分布函數(shù)的實用范圍？什么是雜質的補償，補償?shù)囊饬x是什么？問答題說明為什么不同的半導體材料制成的半導體器件或集成電路其最高工作溫度各不相同？要獲得在較高溫度下能夠正常工作的半導體器件的主要途徑是什么？計算題金剛石結構晶胞的晶格常數(shù)為a,計算晶面(100)、(110)的面間距和原子面密度。摻有單一施主雜質的N型半導體Si，已知室溫下其施主能級E與費米能級E之差為DF1.5kT，而測出該樣品的電子濃度為2.0X1016cm-3

4、，由此計算：B該樣品的離化雜質濃度是多少？該樣品的少子濃度是多少？未離化雜質濃度是多少？施主雜質濃度是多少？室溫下的Si,實驗測得n=4.5x104cm-3，N=5x1015cm-3，0D該半導體是N型還是P型的？分別求出其多子濃度和少子濃度。樣品的電導率是多少？計算該樣品以本征費米能級E為參考的費米能級位置。i室溫下硅的有效態(tài)密度N=2.8x1019cm-3，N=1.1x1019cm-3，kJ=0.026eV，禁帶cvB寬度E=1.12eV,如果忽略禁帶寬度隨溫度的變化g計算77K,300K,473K三個不同溫度下的本征載流子濃度；300K純硅電子和空穴遷移率是1350cm2/(V-s)和5

5、00cm2/(V-s),計算此時的電阻率；473K純硅電子和空穴遷移率是420cm2/(V-s)和150cm2/(V-s)，計算此時的樣品電阻率。若硅中的施主雜質濃度是1x1017cm-3、施主雜質電離能AE=0.012eV時，求施主雜質D3/4電離時所需要的溫度是多少？現(xiàn)有一塊摻磷(P)濃度為6x1016cm-3的N型Si,已知P在Si中的電離能AED=0.044eV，如果某一溫度下樣品的費米能級E與施主能級重合，此時的導帶電子濃度是多少，對F應的溫度又是多少？7對于摻Sb的半導體Si,若E-E=kT為簡并化條件，試計算在室溫下發(fā)生簡并化的cFB摻雜濃度是多少？半導體電子和空穴遷移率分別是卩

6、和卩，證明當空穴濃度為p=n(卩.；卩)12時，電導np0inp率最小且Q=2q(卩卩)12；(卩+p),b.為本征電導率。mininpnpi摻有3x1015cm-3硼原子和1.3x1016cm-3磷原子的硅，室溫下計算：熱平衡態(tài)下多子、少子濃度，費米能級位置(E為參考)。i樣品的電導率q。0光注入An=Ap=3x1012cm-3的非平衡載流子，是否小注入，為什么？附加光電導Ab。光注入下的準費米能級E和E(E為參考)。FNFPi畫出平衡態(tài)下的能帶圖，標出E、E、E、E等能級的位置，在此基礎上再畫出cvFi光注入時的E和E，說明為什么E和E偏離E的程度是不同的。FNFPFNFPF光注入時的樣品

7、電導率b。用hvE的光分別照射兩塊N型半導體，假定兩個樣品的空穴產生率都是gp，空穴gp壽命都是T。如果其中一塊樣品均勻地吸收照射光，而另一塊樣品則在光照表面的極p薄區(qū)域內照射光就被全部吸收，寫出這兩個樣品在光照穩(wěn)定時非平衡載流子所滿足的方程并指出它們的區(qū)別。二、P-N部分（一）名詞解釋題平衡PN結：就是指沒有外加電壓、光照和輻射等的PN結。單邊突變結：PN結一側的摻雜濃度比另外一側高很多，表示為P+N或PN+?？臻g勢壘區(qū)：也稱耗盡區(qū)，是指在PN結的形成過程中，電子從N區(qū)向P區(qū)擴散，從而在N區(qū)側留下不能移動的電離施主，在P區(qū)留下不能移動的電離受主，載流子的分布按指數(shù)變化，該區(qū)域稱空間勢壘區(qū)。隧

8、道擊穿：當PN結兩邊摻入高濃度的雜質時,其耗盡層寬度很小,即使外加反向電壓不太高,在PN結內就可形成很強的電場,將共價鍵的價電子直接拉出來,產生電子-空穴對,使反向電流急劇增加,出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。勢壘電容：PN結空間電荷區(qū)的寬度隨外加電壓變化而變化，即正、負電荷的增減靠外加電壓的改變而改變；當外加電壓不變時，空間電荷的沖、放電停止，類似一個電容，常稱之為PN結勢壘電容。歐姆接觸：金屬和半導體之間形成反阻擋層，稱之為歐姆接觸。（二）填空題PN結的主要制備工藝有：、擴散法和和中子嬗變法。2在PN結的理論分析中，常假設空間電荷區(qū)中電子和空穴完全被耗盡，即正、負空間電荷密度分別等于濃度和濃度，這種假設稱為

9、耗盡層近似。TOC o 1-5 h zPN結電容包括和。PN結的反向恢復時間包括和。二次擊穿主要包括二次擊穿和二次擊穿。耗盡層的寬度與摻雜濃度關系，空間勢壘區(qū)寬度取決于摻雜濃度的一側。PN結正向偏壓時的電流為，反向偏壓時的電流為。目前，已提出的PN結擊穿機理有：、隧道擊穿和三種。9在PN結中，容易發(fā)生雪崩擊穿；容易發(fā)生隧道擊穿。（三）簡答題什么叫PN結的動態(tài)平衡和PN結空間電荷區(qū)？試畫出正向PN結的能帶圖，并進行簡要說明。試畫出正向PN結少子濃度分布示意圖。其少子分布表達式是什么？試解釋正、反向PN結的電流轉換和傳輸機理。大注入時PN+結正向電流公式是什么？試比較大注入與小注入的不同之處。什么

10、是PN結的正向注入和反向抽??？什么叫PN結的反向抽取作用？試畫出反向PN結少子濃度分布示意圖。少子分布的表達式是什么？PN結正、反向電流電壓關系表達式是什么？PN結的單向導電性的含義是什么？PN結在正向和反向偏置的情況下，勢壘區(qū)和載流子運動是如何變化的？簡述PN結雪崩擊穿、隧道擊穿和熱擊穿的機理.什么叫二極管的反向恢復時間，提高二極管開關速度的主要途徑有那些？如圖1所示，請問本PN結的偏壓為正向，還是反向？準費米能級形成的主要原因?PN結空間電荷區(qū)寬度取決的什么因素，對本PN結那邊空間電荷區(qū)更寬？圖1PN結的少子分布和準費米能級求出硅突變PN結空間電荷區(qū)電場分布及其寬度的函數(shù)表達式。求出硅緩變

11、PN結空間電荷區(qū)電場分布及其寬度的函數(shù)表達式。（四）問答題1.什么叫PN結的擊穿及擊穿電壓？試敘述PN結雪崩擊穿和隧道擊穿的機理，并說明其不同之處。2硅突變結雪崩擊穿電壓與原材料雜質濃度（或電阻率）及半導體層厚度有何關系?硅緩變PN結擊穿電壓與原材料雜質濃度有何關系？5什么叫PN結的勢壘電容？分析勢壘電容的主要的影響因素及各因素導致壘電容大小變化的趨勢。什么叫PN結的電容效應？什么是PN結勢壘電容？寫出單邊突變結和線性緩變結的勢壘電容與偏壓的關系式。什么是PN結的靜態(tài)、動態(tài)特性？什么叫反向恢復過程、反向恢復時間？產生反向恢復過程的實質是什么？提高PN結二極管開關速度的途徑是什么？6什么叫金屬-

12、半導體的整流接觸和歐姆接觸？形成歐姆接觸的方法主要有哪些？7.為什么金屬與重摻雜半導體接觸可以形成歐姆接觸？（五）計算題已知硅PN結的N區(qū)和P區(qū)的雜質濃度均為1x1015cm-3，試求平衡時的PN結接觸電位差。已知室溫下，硅的n=1.5x10i6cm-3。已知硅P+N結的N區(qū)雜質濃度為1x1016cm-3,試求當正向電流為0.1mA時該P+N結的導通電壓。若N區(qū)的雜質濃度提高到1x1018cm-3,其導通電壓又是多少？已知:Dp=13cm2/s，Lp=2x10-3cm，A=10-5cm2，q=1.6x10-19C，ni=1.4x1010cm-3。一個硅P+N結的N區(qū)雜質濃度為1x1016cm-

13、3。在反向電壓為10V,50V時，分別求勢壘區(qū)的寬度和單位面積勢壘電容。一個硅P+N結，P區(qū)的NA=1xl019cm-3,N區(qū)的ND=1x1016cm-3，求在反向電壓300V時的最大電場強度。三、三極管部分（一）名詞解釋題集邊效應：在大電流下，基極的串聯(lián)電阻上產生一個大的壓降，使得發(fā)射極由邊緣到中心的電場減小，從而電流密度從中心到邊緣逐步增大，出現(xiàn)了發(fā)射極電流在靠近基區(qū)的邊緣逐漸增大，此現(xiàn)象稱為發(fā)射極電流集邊效應，或基區(qū)電阻自偏壓效應?；鶇^(qū)寬變效應：由于外加電壓變化，引起有效基區(qū)寬度變化的現(xiàn)象。特征頻率：晶體管共射極時，放大系數(shù)隨頻率增加呈現(xiàn)下降的趨勢，當放大系數(shù)下降為直流放大系數(shù)的0.70

14、7倍時所對應的頻率。基區(qū)擴展效應：（二）填空題根據(jù)晶體管基區(qū)的雜質分布情況，將晶體管分為基區(qū)晶體管和基區(qū)晶體管。2雙極型晶體管共基極連接具有放大作用，共射極連接具有放大作用。基區(qū)擴展效應包括擴展和擴展兩種效應。4.工作頻率對晶體管的電流放大系數(shù)主要取決于四個過程，主要有過程、集電結勢壘區(qū)渡越過程和集電區(qū)傳輸過程。晶體管的二次擊穿主要包括二次擊穿和二次擊穿。（三）簡答題1雙極型晶體管中重摻雜發(fā)射區(qū)目的?2試畫出處于正常偏置的NPN晶體管的少子分布及載流子輸運過程示意圖。解釋NPN晶體管的電流傳輸和轉換機理，并畫出示意圖。什么叫發(fā)射效率丫和基區(qū)輸運系數(shù)處什么叫晶體管共基極直流電流放大系數(shù)a和共發(fā)射

15、極直流電流放大系數(shù)卩？a、卩與丫,0000處之間有什么關系？什么叫均勻基區(qū)晶體管？均勻基區(qū)晶體管的y、處、a的表達式是什么？什么叫緩變基區(qū)晶體管？緩變基區(qū)晶體管的y、卩*、a。的表達式是什么？寫出考慮了發(fā)射結空間電荷區(qū)復合和基區(qū)表面復合后均勻基區(qū)晶體管的y，處,a,0。的表達式，并簡要說明卩公式的物理意義。何謂基區(qū)寬變效應？晶體管具有放大能力需具備哪些條件？怎樣提高雙極型晶體管的開關速度？答案：晶體管的開關速度取決于開關時間，它包括開啟時間和關斷時間，綜合考慮，提高速度的主要措施有：（1）采用摻金工藝，以增加復合中心，加速載流子的耗散，降低存儲時間；（2）降低外延層的電阻率，以降低t；（3）減

16、小基區(qū)寬度，降低基區(qū)渡越s時間；（4）減小發(fā)射結結面積，以減小C和C，從而減小延遲時間；（5）適當控制TETC并選擇合適的工作條件。12雙極型晶體管的二次擊穿機理是什么？13詳細分析PN結的自建電場、緩變基區(qū)自建電場和大注入自建電場的異同點。14晶體管的方向電流ICbo、ICEO是如何定義的？二者之間有什么關系？15高頻時，晶體管電流放大系數(shù)下降的原因是什么？16什么叫晶體管集電極最大耗散功率PCM?它與哪些因素有關？17如何擴大晶體管的安全工作區(qū)范圍？什么叫晶體管的熱阻Rt?內熱阻、外熱阻指的是什么？如何減少晶體管的熱阻？什么是晶體管共發(fā)射極正向壓降UBES和飽和壓降UCES？（四）問答題如

17、圖2所示，請問雙極型晶體管的直流特性曲線可分為哪些區(qū)域，對應圖中的什么位置？各自的特點是什么?從圖中特性曲線的疏密程度，總結電流放大系數(shù)的變化趨勢，為什么？圖2雙極型晶體管共發(fā)射極直流輸出特性曲線2、如圖3所示，對于一個N+PN-N+結構的雙極晶體管，隨著集電極電流的增大出現(xiàn)了那種Kirkeffect效應？請詳細描述圖3（a-c）曲線的形成的過程。卩丨很叫!N+基區(qū)縮小3什么叫晶體管的二次擊穿，晶體管擴二次展擊穿并的機偏理移（電流集中二次擊穿和雪崩注入二次擊穿）是什么？什么是二次擊穿臨界線和安全工作區(qū)？4什么叫晶體管的飽和狀態(tài)和截止狀態(tài)？什么叫臨界飽和和深飽和？在晶體管開關波形圖中注明延遲時間

18、/、上升時間t、貯存時間t、下降時間G-，并說drsf明其物理意義。BJT共基極與共射極輸出特性曲線的比較。答案：（1）輸出電流增益共射極要遠遠高于共基極，即卩a；（2）共射極輸出特性曲線的末端上翹，是由于Early效應的緣故緣故；（3）因為共機共基極輸出特性曲線的斜率比共射極的小，所以其輸出電阻要大于共射極接法的輸出電阻；（4）由于共射極接法的電壓落在兩個結上，即V二V+V，則V還未減小到零時，I已經(jīng)開始下CECBBECEC降，而共基極揭發(fā)時V下降到零以后，I才開始下降。CBC改善晶體管頻率特性的主要措施。答案：（1）降低基區(qū)渡越時間T，如減小基區(qū)寬度等；（2）降低發(fā)射區(qū)渡越時間T，be如減

19、小W，增加發(fā)射區(qū)少子的擴散長度，作較陡的雜質分布，以減小減速場的作用；E（3）降低發(fā)射結充放電時間T和集電結充放電時間T，如減小發(fā)射結與集電結的面tetc積等；（4）降低工，如降低集電極電阻率，但會降低集電區(qū)的擊穿電壓；（5）降低工，deb如降低發(fā)射結面積；（6）降低工，如降低C和r等。cTCC五）計算題某一鍺低頻小功率合金晶體管，其N型Ge基片電阻率為1.5cm，用銦合金在550C下燒結，根據(jù)飽和溶解知發(fā)射區(qū)和集電區(qū)摻雜濃度約為3x1018/cm-3,求丫。已知Wb=50pm,厶陸=5pm。雙擴散晶體管，X.=3pm,X.=1.5pm,NB（0）=5x10i7cm-3,N=5x10i5cm-

20、3。jcjeBc求基區(qū)雜質分布為指數(shù)分布時的基區(qū)自建電場；計算基區(qū)中蘭=0.2處擴散電流分量與漂移電流分量之比。Wb已知某一均勻基區(qū)硅NPN晶體管的丫=0.99，BUCBO=150V，Wb=18.7pm以及基區(qū)中電子壽命t肋=1ps，求a0，0*（忽略發(fā)射結空間電荷區(qū)復合和叢區(qū)表面復合）以及BUceo的數(shù)值。已知Dn=35cm2/s。nNPN雙擴散外延平面晶體管，集電區(qū)電阻率=1.2cm，集電區(qū)厚度WC=10pm，硼擴散表面濃度NBS=5x1018cm-3，結深耳=1.4pm。求集電極偏置電壓分別為25V和2V時產生基區(qū)擴展效應的臨界電流密度。經(jīng)理論計算，某一晶體管的集電結雪崩擊穿電壓U=50

21、V，但測量其U=20V，BUebo=BPTEBO6V,能否根據(jù)測量數(shù)據(jù)求出該晶體管BUcbo的數(shù)值？已知某一功率晶體管的管芯熱阻為0.2C/W,管殼熱阻為0.4C/W,散熱器到外界空氣的熱阻為0.4C/W,其集電極電壓為5V,集電極電流為20A，室溫為20C,求PN結的結溫是多少。AqWQbf=尹b證明在NPN均勻基區(qū)晶體管中，正向放大晶體管注入基區(qū)的少子電荷n(0)ekBT-1b丿設基區(qū)寬度Wb=3pm,基區(qū)雜質濃度NB=1017cm-3,發(fā)射結面積Ae=1x10-4cm2，當發(fā)射結偏置電壓UBE分別為0.2V和0.5V時，計算基區(qū)的積累電荷Qbf，并對計算結果進行分析討論。四、MOSFET

22、部分（一）名詞解釋題跨導：反映外加柵極電壓（Input）變化量控制漏-源電流（Output）變化量的能力。閾值電壓：在漏和源之間半導體表面處感應出導電溝道所需加在柵電極上的電壓或柵下半導體表面出現(xiàn)強反型時所加的柵源電壓。溝道長度調變效應：由于漏-源電壓的增大，漏端耗盡區(qū)不斷增加導致漏-源電流隨溝道長度的減小而增大的效應。夾斷特性：當電壓繼續(xù)增加到漏端柵絕緣層上的有效電壓降低于表面強反型所需的閾值電壓UT時，漏端表面的反型層厚度減小到零，即漏端處溝道消失，只剩下耗盡區(qū)，這就是溝道夾斷。表面反型：熱平衡態(tài)的半導體具有統(tǒng)一的費米能級，由于半導體表面能級的出現(xiàn)半導體的表面與體內出現(xiàn)載流子的交換，導致在

23、表面層下面少子的濃度大于多子的濃度，即形成表面反型。（二）填空題MOS場效應晶體管根據(jù)溝道的導電類型可分為和兩類。MOS場效應晶體管根據(jù)零柵壓下是否導通可分為和兩類。MOS場效應晶體管根據(jù)柵壓情況，導致襯底可出狀態(tài)、平帶狀態(tài)狀態(tài)、表面耗盡狀態(tài)和狀態(tài)四類。MOS場效應管的二極效應主要包括：、短溝道效應和窄短溝道效應。MOS場效應管的平帶電壓的起因主要包括和兩部分。（三）簡答題N溝和P溝MOS場效應晶體管有什么不同？MOS場效應晶體管的閾值電壓UT受哪些因素的影響？其中最主要的是哪個？3如何實現(xiàn)低閾值電壓MOS場效應晶體管？MOS場效應晶體管的輸出特性曲線可分為哪幾個區(qū)？每個區(qū)對應什么工作狀態(tài)？試論MOSFET的工作原理和BJT有何不同？試述MOSFET中W/L的大小對其性能