半導體物理器件復習(答案)

1、n結1 PN結的雜質分布、空間電荷區(qū)，電場分布2 平衡載流子和非平衡載流子(偏離熱平衡）3 Fermi 能級，準Fermi 能級，平衡PN結能圖，非平衡PN結能帶圖4 突變結和線性緩變結由電中性條件或費米能級求得空間電荷區(qū)兩端電勢差4 非平衡PN結載流子的注入和抽取5 過剩載流子的產生與復合6 推導理想二極管的電流電壓關系，并討論pn結的單向導電性和溫度特性。該式子在較低正偏壓時仍成立，但較高正偏壓下耗盡層變窄，耗盡近似不成立。單向導電性：費米能級不變，在少子擴散區(qū)，存在從Efn變到Efp的過程，準費米能級非常數(shù)，根據修正歐姆定律，有電流產生，此時看擴散區(qū)的少子濃度（注入和抽?。换蚋鶕輭靖?/p>

2、低導致擴散亦或漂移占優(yōu)勢，由載流子的輸運來解釋。忽略空間電荷區(qū)的復合電流和產生電流：溫度特性隱含于ni和VT中：正向偏壓下： ni隨溫度增加而迅速增加，不大的偏壓（0.3V）就能使得Id占優(yōu)。（Eg越大，過渡電壓值越大。）導出V和I對T的導數(shù)，代入下式易得以下式子，其中結電壓隨溫度變化非常靈敏，可用來測溫和控溫：反向偏壓下：溫度低時以復合電流為主，高時擴為主。Eg越大，過渡溫度越高。反向電流隨溫度升高而增大：其中7、比較pn結自建電場，緩變基區(qū)自建電場和大注入自建電場的異同點PN結自建電場是p和n型半導體相接觸時多數(shù)載流子空穴、電子分別向N區(qū)和P區(qū)擴散、復合，在邊界處剩下帶電的施主和受主離子，

3、形成帶正電和負電的區(qū)域，電場方向由N指向P。大注入自建電場見后。緩變基區(qū)自建電場：基區(qū)摻雜是不均勻的，存在載流子的濃度梯度，載流子擴散后留下施主或受主離子，造成正負電荷的分離，形成電場，加速少子運動。9、勢壘電容與擴散電容的產生機構 PN結的勢壘電容是由于空間電荷區(qū)的電荷量隨外加偏壓的改變而改變產生的，它與結面積、耗盡層寬度、介電常數(shù)以及外加偏壓有關，且由于勢壘電容相應于多子，故在高頻低頻下皆能起作用； 擴散電容是由于中性區(qū)非平衡少數(shù)載流子存貯電荷隨電壓改變而改變產生的，隨正向偏壓增大，正向注入載流子指數(shù)增大，存貯電荷亦指數(shù)增大，由于注入為少子，而少子積累釋放需要時間，故高頻時幾乎不起作用，反

4、偏時由于少子抽取而被忽略：（摻金可減少擴散電容）雪崩擊穿的條件？討論影響雪崩擊穿電壓 的條件。輕摻雜一邊雜質濃度越高，擊穿電壓越低；雜質濃度梯度越大，擊穿電壓越低；禁帶寬度越小，越容易碰撞電離，擊穿電壓越低；禁帶寬度與溫度有關，溫度越高，擊穿電壓越低；小的結深生成更陡的結面彎，擊穿電壓越低。隧道擊穿：在高電場下耗盡區(qū)的共價鍵斷裂產生電子和空穴，即有些價電子通過量子力學的隧道效應從價帶移到導帶，從而形成反向隧道電流。這種機制稱為齊納擊穿，也叫做隧道擊穿。雪崩擊穿：在N區(qū)（P區(qū)）的一個雜散空穴（電子）進入空間電荷層，在它掠向P區(qū)（N區(qū)）的過程中，它從電場獲得動能。空穴（電子）帶著高能和晶格碰撞，并

5、從晶格中電離出一個電子以產生一個電子空穴對。在第一次碰撞之后，原始的和產生的載流子將繼續(xù)它們的行程，并且可能發(fā)生更多的碰撞，產生更多的載流子。結果，載流子的增加是一個倍增過程，稱為雪崩倍增或碰撞電離，由此造成的PN結擊穿叫做雪崩擊穿。12 PN結的交流等效電路？13 PN結的開關特性，貯存時間Ts的影響因素。 反向瞬變：PN結在開關過程中表現(xiàn)出來的電流和電壓的延遲現(xiàn)象，它起源于正向偏壓下的電荷貯存。Rs為串聯(lián)電阻（由半導體電中性區(qū)和接觸上的電壓降引起的，Gd是二極管直流電導，Gl為漏電導，取決于加工質量。小信號下I-V為線性，載流子跟得上信號變化，大信號下非線性。影響因素：少子壽命（摻金）14

6、、肖特基勢壘二極管（SBD）與PN結二極管的異同。SBD是利用金屬與半導體接觸形成的金屬半導體結原理制作的 ，一種熱載流子二極管 。低功耗、大電流、超高速，反向恢復時間極短（可以小到幾秒），正向導通壓降僅0.4V左右，而整流電流卻可達到幾千毫安，反向擊穿電壓比較低 。 PN結二極管是利用P型半導體與N型半導體接觸形成PN結原理制作的。肖特基勢壘二極管是多子器件，而PN結二極管是少子器件；在肖特基勢壘中由于沒有少數(shù)載流子貯存，因此肖特基勢壘二極管適于高頻和快速開關的應用；肖特基勢壘的正向電壓降要比PN結上的低得多，低的接通電壓使得肖特基二極管對于鉗位和限輻的應用更具有吸引力；肖特基勢壘的溫度特性

7、優(yōu)于PN結；噪聲特性亦是肖特基占優(yōu)，此外，肖特基勢壘二極管制造工藝簡單。晶體管基本結構(三個區(qū)域的摻雜濃度的數(shù)值大小)和代表符號。均勻基區(qū)晶體管（基區(qū)少子主要靠擴散）緩變基區(qū)晶體管（基區(qū)少子主要靠擴散和漂移）2晶體管處在放大區(qū)時的能帶圖，電流分布圖，基區(qū)少子濃度分布圖（四種偏置）。3、晶體管具有放大能力的基本條件。 基區(qū)寬度很窄；發(fā)射結正偏、集電結反偏4、發(fā)射效率和基區(qū)輸運因子T的定義。提高晶體管電流放大系數(shù)的主要措施。 發(fā)射效率：從發(fā)射極注入到基極的電子電流在總的發(fā)射極電流中所占比例 基區(qū)輸運因子T ：從發(fā)射極注入到基極的電子電流中能到達集電極的電子電流所占比例 共基極直流電流增益：共發(fā)射極

8、電流放大系數(shù)：影響因素：發(fā)射結空間電荷區(qū)復合電流，降低發(fā)射效率 基區(qū)表面復合，降低基區(qū)輸運因子 發(fā)射區(qū)重摻雜，禁帶變窄（BGN），發(fā)射區(qū)有效濃度下降，降低發(fā)射 效率；發(fā)射區(qū)平衡少子濃度下降，同樣偏壓下注入基區(qū)到發(fā)射區(qū)的電 流增加；帶間復合，注入到發(fā)射區(qū)的空穴增加，降低發(fā)射效率。淺結BGN占優(yōu)勢，深結（輕摻雜）復合中心占優(yōu)勢；電流較小時，復合中心復合占優(yōu)。5、晶體管的Ebers-Moll模型及其等效電路和互易關系。 發(fā)射結和集電結電流都是由自身的結電流和從另一結傳輸過來電流組成7晶體管共基極和共射極輸入、輸出特性和轉移特性曲線：共發(fā)射極：共基極：10 了解基極電阻的求解。減少基極電阻的途徑。11

9、 基區(qū)穿通和外延層穿通12 三種擊穿電壓的關系13 寫出載流子從發(fā)射極到集電極的總傳輸延遲時間的表達式，并說明各傳輸延遲時間的意義，如何提高晶體管的特征頻率fT？Kirk效應：發(fā)射極電流很高時，集電結N側耗盡層可動電荷中和離化雜質中心導致SCR遠離發(fā)射極，有效基區(qū)寬度變大，電場變小，電子通過擴散渡越，時間很大，截止頻率增大。發(fā)射結電流增加時，發(fā)射結常數(shù)變得很小。Vcb增加，開始導致基區(qū)渡越時間減少，特征頻率上升；后來集電結耗盡層渡越時間增加。減少基區(qū)寬度，提高基區(qū)電場因子；減少發(fā)射區(qū)動態(tài)電阻和勢壘電容；提高集電區(qū)摻雜濃度（同提高擊穿電壓矛盾）；集電區(qū)電阻率、寬度及勢壘電容；晶體管在開關過程中，

10、EB結和CB結偏壓是如何變化的。 延遲過程；上升過程；超量貯存過程；退飽和過程；下降過程 延遲過程，注入的Ib中和發(fā)射結離化受主，發(fā)射極電子中和施主，即對發(fā)射結勢壘電容充電，勢壘區(qū)變窄，發(fā)射結由反偏變?yōu)檎ㄩ_始導通電壓0.5V），同時集電結偏壓亦在改變，但仍未反偏；上升過程繼續(xù)充電，發(fā)射結偏壓升高（0.7V),積累過量載流子，集電極電流增加至飽和，集電結反偏減少至0；上升結束，實際基極電流大于IC/，除補充基區(qū)復合損失外有積累，導致集電結正偏；退飽和過程，基區(qū)電流流出，抽取各中性區(qū)電荷，基極電流在發(fā)射結偏壓未過0前不變，集電極電流仍飽和，臨界集電結偏壓為零；下降開始，發(fā)射結仍正，基區(qū)電流為I

11、b2，向外抽取，勢壘放電，至發(fā)射結反偏，集電極電流下降至反向電流值。上升過程復合阻礙過剩載流子積累，下降過程復合加速儲存電荷消失。15 開關過程中，各個開關時間的定義？開啟時間ton和關斷時間toff。提高開關速度的途徑（飽和深度S ）。td（導通延遲時間）加輸入至電流達到10%，勢壘電容充電以及bc結渡越時間；tr（上升時間）電流從10%-90%；ts（貯存時間）從基極電流發(fā)生負階躍到集電極電流下降到90%；tf（下降時間）集電極電流從90%-10%。提高開關速度：降低四個開關時間，ts重要；使用肖特基二極管鉗位抗飽和電路限制飽和深度14 f, f , fT ,fm的定義，及相互間的大小關系

12、？f 是共發(fā)射極截止頻率，fa是共基極截止頻率，是電流增益下降到0.707倍時的頻率；fT為特征頻率，亦或帶寬增益積，是共發(fā)射極電流增益模量為1的頻率。共發(fā)射極截止頻率要比共基極小得多，但帶寬增益積接近。 Ta1 閾值電壓及其影響因素（襯底濃度和偏壓，氧化層中電荷,氧化層厚度等）。柵電容越大，閾值電壓絕對值越?。灰r底雜質濃度影響表面空間電荷區(qū)電荷密度；氧化層中電容包括固定電荷、界面陷阱電荷、可動電荷、氧化層陷阱電荷，高時VTH為負值，只能是耗盡層nMOS襯底偏置電壓越大，閾值電壓越大（表面SCR變寬，電荷面密度增大）。2 MOSFET工作原理及其類型。輸出特性曲線和轉移特性曲線。通過加柵壓使得

13、半導體表面反型，利用柵壓控制反型層電荷，控制溝道電流。亞閾值區(qū)及其特性（特點）。 柵電壓低于閾值電壓，半導體表面只是弱反型。此時，對漏電流起決定作用的是載流子擴散而非漂移。5 MOSFET的伏安特性方程（線性區(qū)、非飽和區(qū)和飽和區(qū)）線性區(qū)：飽和區(qū)：6 柵跨導，襯底跨導，漏源電導。7 MOSFET小信號等效電路。提高頻率性能的途徑。8、若短溝長度縮小K倍，按按比例縮小原則，MOSFET的主要結構和器件參數(shù)應該作何調整？按比例縮小后，工作速度提高，元件密度增加，而功率密度保持不變，但電流密度倍增。9、熱載流子效應和閂鎖效應閂鎖效應是CMOS工藝所特有的寄生效應，嚴重會導致電路的失效，甚至燒毀芯片。閂

14、鎖效應是由NMOS的有源區(qū)、P襯底、N阱、PMOS的有源區(qū)構成的n-p-n-p結構產生的，當其中一個三極管正偏時，就會構成正反饋，在電源與地之間形成短路，造成大電流、EOS（電過載）和器件損壞，形成閂鎖。避免閂鎖的方法就是要減小襯底和N阱的寄生電阻，使寄生的三極管不會處于正偏狀態(tài)。 如果有一個強電場施加在器件結構中的氧化物薄膜上，則該氧化物薄膜就會因介質擊穿而損壞。很細的金屬化跡線會由于大電流而損壞，并會由于浪涌電流造成的過熱而形成開路。 10、MOS結構的CV特性（理想、實際）。11、現(xiàn)代MOS器件的發(fā)展趨勢3、HBT（異質結雙極晶體管 ）與BJT；HEMT（高電子遷移率晶體管）與MOS1、

15、JFET或MESFET工作原理。2 、場效應晶體管(FET)同雙極晶體管(BJT)比較。 JFET的電流傳輸主要由多數(shù)載流子承擔，不存在少數(shù)載流子的貯存效應，可以達到較高的截止頻率和快的開關速度；而BJT的電流傳輸由兩種載流子共同承擔；JFET的輸入電阻要高得多，在應用電路中易于實現(xiàn)級間直接耦合；FET適于開關器件（漏電流小，開關速度快），BJT適于放大（工作速度快）；由于是多子器件，因此抗輻射能力強，熱穩(wěn)定性好；與BJT及MOS工藝兼容，且功耗小，有利于集成。異質結有良好的晶格匹配，界面陷阱密度低，頂部形成肖特基勢壘，有源層的載流子遷移率高，能獲得較高的工作速度和較高的跨導。載流子基本不受電離雜質散射，遷移率高，更大的工作速度和更高的截止頻率TFTCCD晶閘管晶閘管thyristor，可控硅整流器，是一類具有三個以上pn結的器件，能夠保持開態(tài)和關態(tài)兩種穩(wěn)定狀態(tài)，并在兩種穩(wěn)定狀態(tài)間