半导体总复习

1、第第0 0章章4种基本器件结构。种基本器件结构。 金属金属-半导体接触：整流接触，欧姆接触。金半场效应晶体管半导体接触：整流接触，欧姆接触。金半场效应晶体管（MESFET）：整流接触，栅极；欧姆接触，漏极、源极。）：整流接触，栅极；欧姆接触，漏极、源极。 p-n结：半导体器件的关键结构，其理论模型是半导体器件物结：半导体器件的关键结构，其理论模型是半导体器件物理的基础；理的基础；p-n-p双极型晶体管。双极型晶体管。 异质结：由两种不同半导体材料形成的；高速器件、光电器异质结：由两种不同半导体材料形成的；高速器件、光电器件的关键构成。件的关键构成。 金属金属-氧化物氧化物-半导体结构半导体结构

2、 （MOS）：可制作）：可制作MOSFET，MOS结构，栅极；结构，栅极；p-n结，漏极、源极。结，漏极、源极。第第1 1章章 立方晶系基本的晶体结构（每个晶胞中所含的原子数）立方晶系基本的晶体结构（每个晶胞中所含的原子数）简立方（简立方（1=8*1/8）、体心立方（）、体心立方（2=8*1/8+1）、面心立方（）、面心立方（4=1/2*6+1）金刚石晶格结构（金刚石晶格结构（Si）（）（8）闪锌矿晶格结构（闪锌矿晶格结构（GaAs）（）（8） 密勒指数的求解。密勒指数的求解。 一般同一种半导体材料的导带电子有效质量小于价带空穴有一般同一种半导体材料的导带电子有效质量小于价带空穴有效质量。效质

3、量。 直接带隙半导体（直接带隙半导体（GaAs）cf. 间接带隙半导体（间接带隙半导体（ Si、Ge ）。）。 热平衡状态：恒温下的稳定状态，且无任何外来干扰（如照热平衡状态：恒温下的稳定状态，且无任何外来干扰（如照光、压力或电场）。光、压力或电场）。载流子浓度不变，热扰动，动态平衡。载流子浓度不变，热扰动，动态平衡。近似条件下导带电子浓度为近似条件下导带电子浓度为expCFCEEnNkT价带中的空穴浓度为价带中的空穴浓度为 expFVVEEpNkT 本征半导体，本征载流子浓度本征半导体，本征载流子浓度ni，本征费米能级，本征费米能级Ei。室温下，。室温下，本征半导体的费米能级本征半导体的费米

4、能级Ei相当靠近禁带的中央。相当靠近禁带的中央。 非本征半导体，施主、受主（杂质种类判断），杂质能级、非本征半导体，施主、受主（杂质种类判断），杂质能级、n型半导体、型半导体、p型半导体、多子、少子概念。型半导体、多子、少子概念。 非简并半导体：电子或空穴的浓度分别远低于导带或价带中非简并半导体：电子或空穴的浓度分别远低于导带或价带中有效态密度，即有效态密度，即EF至少比至少比EV高高3kT，或比，或比EC低低3kT的半导体。的半导体。 室温下，完全电离，非本征半导体中多子浓度为杂质浓度。室温下，完全电离，非本征半导体中多子浓度为杂质浓度。DCFCNNkTEElnAVVFNNkTEEln热平衡

5、情况下，无论对于本征还是非本征半导体，该热平衡情况下，无论对于本征还是非本征半导体，该式都成立，称为质量作用定律。式都成立，称为质量作用定律。 施主与受主同时存在，由较高浓度杂质决定半导体传导类型。施主与受主同时存在，由较高浓度杂质决定半导体传导类型。 费米能级调整以保持电中性，即总负电荷（包括导带电子和受费米能级调整以保持电中性，即总负电荷（包括导带电子和受主离子）主离子）=总正电荷（包括价带空穴和施主离子）。总正电荷（包括价带空穴和施主离子）。2inpn 漂移运动（小电场漂移运动（小电场E）、漂移速度、扩散运动。）、漂移速度、扩散运动。 影响迁移率的影响迁移率的两种重要散射机制：两种重要散

6、射机制：（1）晶格散射，（）晶格散射，（2）杂质（电离杂质）散射）杂质（电离杂质）散射 一般情况下，同一半导体材料中，一般情况下，同一半导体材料中，np，主要是由于通常电，主要是由于通常电子有效质量小于空穴有效质量。子有效质量小于空穴有效质量。第第2章章11npq np电阻率电阻率p型半导体型半导体1.pqp1nqnn型半导体型半导体 爱因斯坦关系式爱因斯坦关系式 浓度梯度与电场（低电场）同时存在，总传导电流密度浓度梯度与电场（低电场）同时存在，总传导电流密度 condnpnnppdndpJJJqnEqDqpEqDdxdx 复合的概念；复合类型复合的概念；复合类型：（：（1）按复合过程释放能量

7、的方式来按复合过程释放能量的方式来分，（分，（2）按是否通过复合中心进行复合来分。）按是否通过复合中心进行复合来分。净复合率净复合率0nnpppU稳态时：稳态时：LGU 学会应用学会应用连续性方程连续性方程进行计算。进行计算。 热热离化离化发射过程发射过程、隧穿过程、强电场效应。、隧穿过程、强电场效应。111LI第第3 3章章 p-n结：由结：由p型半导体和型半导体和n型半导体接触形成的结。型半导体接触形成的结。 整流性：只容许电流流经单一方向。整流性：只容许电流流经单一方向。 p-n结的形成过程（空间电荷、内建电场、内建电势）。结的形成过程（空间电荷、内建电场、内建电势）。 热平衡时，热平衡

8、时，p-n结能带图。热平衡时，整个样品上的费米能级结能带图。热平衡时，整个样品上的费米能级是常数（亦即与是常数（亦即与x无关）。无关）。 热平衡，热平衡，p型和型和n型中性区总静电势差即内建电势型中性区总静电势差即内建电势Vbi（方向）（方向） p-n结外加偏压，耗尽区宽度、内建电场、内建电势的变化。结外加偏压，耗尽区宽度、内建电场、内建电势的变化。 反偏，主要考虑耗尽层势垒电容。正偏，除了势垒电容，还反偏，主要考虑耗尽层势垒电容。正偏，除了势垒电容，还要考虑扩散电容。要考虑扩散电容。 单边突变结：单边突变结：2lnADbiiN NkTVqnBmsqN WE2sbiBVVWqN p-n结理想电

9、流结理想电流-电压特性的假设：电压特性的假设：4个假设，扩散长度。个假设，扩散长度。 反偏，耗尽区内主要考虑产生反偏，耗尽区内主要考虑产生-复合中的产生电流；而正偏时，复合中的产生电流；而正偏时，耗尽区内则主要考虑复合电流。耗尽区内则主要考虑复合电流。 Si和和GaAsp-n结测量的正向特性。结测量的正向特性。更高电流区域，电流随正向更高电流区域，电流随正向电压增加的速率较为缓慢。与串联电阻和大注入效应有关。电压增加的速率较为缓慢。与串联电阻和大注入效应有关。 p-n结击穿机制：隧道效应和雪崩倍增。对大部分二极管，雪结击穿机制：隧道效应和雪崩倍增。对大部分二极管，雪崩击穿限制反向偏压上限，也限

10、制双极型晶体管集电极电压崩击穿限制反向偏压上限，也限制双极型晶体管集电极电压和和MOSFET漏极电压。隧穿只发生在高掺杂浓度的半导体中。漏极电压。隧穿只发生在高掺杂浓度的半导体中。 对于对于Si和和GaAs：击穿电压小于约：击穿电压小于约4Eg/q时，击穿机制归因于隧时，击穿机制归因于隧穿效应；击穿电压超过穿效应；击穿电压超过6Eg/q，击穿机制归因于雪崩倍增；电，击穿机制归因于雪崩倍增；电压在压在4Eg/q和和6Eg/q之间，击穿则为雪崩倍增和隧穿二者的混合。之间，击穿则为雪崩倍增和隧穿二者的混合。 理想异质结的形成，必须选择晶格匹配的半导体材料。理想异质结的形成，必须选择晶格匹配的半导体材

11、料。 热平衡时，异质结能带图。热平衡时，异质结能带图。第第4 4章章 双极型器件：电子与空穴皆参与导通，由两个相邻的互作用双极型器件：电子与空穴皆参与导通，由两个相邻的互作用的的p-n结组成，其结构可为结组成，其结构可为p-n-p或或n-p-n。 n-p-n晶体管与晶体管与p-n-p晶体管的电流方向和电压极性都相反。晶体管的电流方向和电压极性都相反。 发射区的掺杂浓度远比集电区大；基区的浓度比发射区低，发射区的掺杂浓度远比集电区大；基区的浓度比发射区低，但高于集电区浓度。基区宽度最窄，远小于少子扩散长度。但高于集电区浓度。基区宽度最窄，远小于少子扩散长度。 右图为一理想右图为一理想p-n-p晶

12、晶体管在放大模式下的各体管在放大模式下的各电流成分。设耗尽区中电流成分。设耗尽区中无产生无产生-复合电流，则复合电流，则由发射区注入的空穴将由发射区注入的空穴将构成最大的电流成分。构成最大的电流成分。发发射射区区)(P基基区区)(n集集电电区区)(PEICIBBIEnICnI CPI EPIBI空空穴穴电电流流和和空空穴穴流流电电子子电电流流电电子子流流图图4 4. .5 5基极电流有三个：基极电流有三个：IBB、IEn及及Icn。IBB=IEp-Icp，ICn=ICBO。 EnEpEIIICnCpCIIICnCpEpEnCEBIIIIIII 共基电流增益共基电流增益0CpTEII发射效率发射

13、效率EpEII基区输运系数基区输运系数EpCpTII 为推导理想晶体管的电流、电压表示式，五点假设。为推导理想晶体管的电流、电压表示式，五点假设。 晶体管三端点的电流主要是由基极中的少子分布来决定。晶体管三端点的电流主要是由基极中的少子分布来决定。 共射电流增益：共射电流增益： 射基结、集基结偏压不同，双极型晶体管的四种工作模式。射基结、集基结偏压不同，双极型晶体管的四种工作模式。 低频，共基电流增益是一固定值；频率升高至一关键点后，低频，共基电流增益是一固定值；频率升高至一关键点后，共基电流增益将会降低。共基、共射截止频率，特征频率的共基电流增益将会降低。共基、共射截止频率，特征频率的定义。

14、定义。 异质结双极型晶体管定义。电路应用基本上与双极型晶体管异质结双极型晶体管定义。电路应用基本上与双极型晶体管相同，但其发射效率较高，具有较高速度，可以工作在更高相同，但其发射效率较高，具有较高速度，可以工作在更高频率。假设频率。假设HBT发射区和基区是不同的半导体材料，考虑它发射区和基区是不同的半导体材料，考虑它们的禁带宽度差对们的禁带宽度差对HBT电流增益造成的影响。而同质结的双电流增益造成的影响。而同质结的双极型晶体管无禁带宽度差，必须将发射区和基区的掺杂比提极型晶体管无禁带宽度差，必须将发射区和基区的掺杂比提到很高，这是同质结与异质结双极型晶体管最基本的差异。到很高，这是同质结与异质

15、结双极型晶体管最基本的差异。0001第第5章章 q m、q s：功函数，：功函数，q：电子亲和势。：电子亲和势。 理想理想MOS电容器的定义。电容器的定义。 理想理想MOS电容器偏压为正或负时，半导体表面出现三种状况：电容器偏压为正或负时，半导体表面出现三种状况：积累现象、耗尽现象、反型现象。积累现象、耗尽现象、反型现象。p型半导体，反型起初，因型半导体，反型起初，因电子浓度较小，表面处于一弱反型状态，当能带持续弯曲，电子浓度较小，表面处于一弱反型状态，当能带持续弯曲，使得使得EC接近接近EF。当靠近。当靠近SiO-Si界面的电子浓度界面的电子浓度=NA时，开始产时，开始产生强反型，此时表面耗

16、尽区宽度达到最大值。生强反型，此时表面耗尽区宽度达到最大值。 理想理想MOS电容器总电容是由氧化层电容与半导体中的耗尽势电容器总电容是由氧化层电容与半导体中的耗尽势垒电容相互串联而成。当测量频率高、低不同时的垒电容相互串联而成。当测量频率高、低不同时的MOS电容。电容。 热平衡时的热平衡时的MOS能带图。能带图。 MOSFET是四端口器件，且参与导电的粒子是载流子中的一是四端口器件，且参与导电的粒子是载流子中的一种。第四端口衬底的偏压亦会影响沟道电导。种。第四端口衬底的偏压亦会影响沟道电导。 增强型、耗尽型增强型、耗尽型MOSFET的判别。的判别。第第7章章 结构基础：金半接触。电性：相当于单

17、边突变结构基础：金半接触。电性：相当于单边突变p-n结。结。 金金-半接触：整流接触与欧姆接触。半接触：整流接触与欧姆接触。 热平衡时，金半接触能带图。热平衡时，金半接触能带图。nBmqqqnBbiVVn电子亲和势电子亲和势q、功函数、功函数q 、势垒高度、势垒高度q Bn。 肖特基势垒定义。肖特基二极管（单极性器件）主要传导机制肖特基势垒定义。肖特基二极管（单极性器件）主要传导机制是半导体中多子的热离化发射越过接触势垒而进入金属中。是半导体中多子的热离化发射越过接触势垒而进入金属中。 欧姆接触的定义，如何形成良好的欧姆接触。欧姆接触的定义，如何形成良好的欧姆接触。 MESFET电流电流-电压

18、特性。具有多子器件所享有的快速响应。电压特性。具有多子器件所享有的快速响应。 如何判断耗尽型、增强型如何判断耗尽型、增强型MESFET（包括（包括n沟、沟、p沟）。阈值沟）。阈值电压的求解。电压的求解。 改善改善MESFET的高频性能。的高频性能。 调制掺杂场效应晶体管是异质结构的场效应器件调制掺杂场效应晶体管是异质结构的场效应器件TbiPVVV22DPsqN aV nCFqVEE光子和固体内电子间三种主要的相互作用过程：吸收（光子和固体内电子间三种主要的相互作用过程：吸收（一个原处于基态的原子会吸收光子一个原处于基态的原子会吸收光子而过渡到激发态而过渡到激发态）、自发辐射（）、自发辐射（不需外来激发跃迁至基态，并释放出一个能量为不需外来激发跃