半导体物理器件复习(答案)

1、n结1 PN结的杂质分布、空间电荷区，电场分布2 平衡载流子和非平衡载流子(偏离热平衡）3 Fermi 能级，准Fermi 能级，平衡PN结能图，非平衡PN结能带图4 突变结和线性缓变结由电中性条件或费米能级求得空间电荷区两端电势差4 非平衡PN结载流子的注入和抽取5 过剩载流子的产生与复合6 推导理想二极管的电流电压关系，并讨论pn结的单向导电性和温度特性。该式子在较低正偏压时仍成立，但较高正偏压下耗尽层变窄，耗尽近似不成立。单向导电性：费米能级不变，在少子扩散区，存在从Efn变到Efp的过程，准费米能级非常数，根据修正欧姆定律，有电流产生，此时看扩散区的少子浓度（注入和抽取）；或根据势垒高

2、低导致扩散亦或漂移占优势，由载流子的输运来解释。忽略空间电荷区的复合电流和产生电流：温度特性隐含于ni和VT中：正向偏压下： ni随温度增加而迅速增加，不大的偏压（0.3V）就能使得Id占优。（Eg越大，过渡电压值越大。）导出V和I对T的导数，代入下式易得以下式子，其中结电压随温度变化非常灵敏，可用来测温和控温：反向偏压下：温度低时以复合电流为主，高时扩为主。Eg越大，过渡温度越高。反向电流随温度升高而增大：其中7、比较pn结自建电场，缓变基区自建电场和大注入自建电场的异同点PN结自建电场是p和n型半导体相接触时多数载流子空穴、电子分别向N区和P区扩散、复合，在边界处剩下带电的施主和受主离子，

3、形成带正电和负电的区域，电场方向由N指向P。大注入自建电场见后。缓变基区自建电场：基区掺杂是不均匀的，存在载流子的浓度梯度，载流子扩散后留下施主或受主离子，造成正负电荷的分离，形成电场，加速少子运动。9、势垒电容与扩散电容的产生机构 PN结的势垒电容是由于空间电荷区的电荷量随外加偏压的改变而改变产生的，它与结面积、耗尽层宽度、介电常数以及外加偏压有关，且由于势垒电容相应于多子，故在高频低频下皆能起作用； 扩散电容是由于中性区非平衡少数载流子存贮电荷随电压改变而改变产生的，随正向偏压增大，正向注入载流子指数增大，存贮电荷亦指数增大，由于注入为少子，而少子积累释放需要时间，故高频时几乎不起作用，反

4、偏时由于少子抽取而被忽略：（掺金可减少扩散电容）雪崩击穿的条件？讨论影响雪崩击穿电压 的条件。轻掺杂一边杂质浓度越高，击穿电压越低；杂质浓度梯度越大，击穿电压越低；禁带宽度越小，越容易碰撞电离，击穿电压越低；禁带宽度与温度有关，温度越高，击穿电压越低；小的结深生成更陡的结面弯，击穿电压越低。隧道击穿：在高电场下耗尽区的共价键断裂产生电子和空穴，即有些价电子通过量子力学的隧道效应从价带移到导带，从而形成反向隧道电流。这种机制称为齐纳击穿，也叫做隧道击穿。雪崩击穿：在N区（P区）的一个杂散空穴（电子）进入空间电荷层，在它掠向P区（N区）的过程中，它从电场获得动能。空穴（电子）带着高能和晶格碰撞，并

5、从晶格中电离出一个电子以产生一个电子空穴对。在第一次碰撞之后，原始的和产生的载流子将继续它们的行程，并且可能发生更多的碰撞，产生更多的载流子。结果，载流子的增加是一个倍增过程，称为雪崩倍增或碰撞电离，由此造成的PN结击穿叫做雪崩击穿。12 PN结的交流等效电路？13 PN结的开关特性，贮存时间Ts的影响因素。 反向瞬变：PN结在开关过程中表现出来的电流和电压的延迟现象，它起源于正向偏压下的电荷贮存。Rs为串联电阻（由半导体电中性区和接触上的电压降引起的，Gd是二极管直流电导，Gl为漏电导，取决于加工质量。小信号下I-V为线性，载流子跟得上信号变化，大信号下非线性。影响因素：少子寿命（掺金）14

6、、肖特基势垒二极管（SBD）与PN结二极管的异同。SBD是利用金属与半导体接触形成的金属半导体结原理制作的 ，一种热载流子二极管 。低功耗、大电流、超高速，反向恢复时间极短（可以小到几秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千毫安，反向击穿电压比较低 。 PN结二极管是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的。肖特基势垒二极管是多子器件，而PN结二极管是少子器件；在肖特基势垒中由于没有少数载流子贮存，因此肖特基势垒二极管适于高频和快速开关的应用；肖特基势垒的正向电压降要比PN结上的低得多，低的接通电压使得肖特基二极管对于钳位和限辐的应用更具有吸引力；肖特基势垒的温度特性

7、优于PN结；噪声特性亦是肖特基占优，此外，肖特基势垒二极管制造工艺简单。晶体管基本结构(三个区域的掺杂浓度的数值大小)和代表符号。均匀基区晶体管（基区少子主要靠扩散）缓变基区晶体管（基区少子主要靠扩散和漂移）2晶体管处在放大区时的能带图，电流分布图，基区少子浓度分布图（四种偏置）。3、晶体管具有放大能力的基本条件。 基区宽度很窄；发射结正偏、集电结反偏4、发射效率和基区输运因子T的定义。提高晶体管电流放大系数的主要措施。 发射效率：从发射极注入到基极的电子电流在总的发射极电流中所占比例 基区输运因子T ：从发射极注入到基极的电子电流中能到达集电极的电子电流所占比例 共基极直流电流增益：共发射极

8、电流放大系数：影响因素：发射结空间电荷区复合电流，降低发射效率 基区表面复合，降低基区输运因子 发射区重掺杂，禁带变窄（BGN），发射区有效浓度下降，降低发射 效率；发射区平衡少子浓度下降，同样偏压下注入基区到发射区的电 流增加；带间复合，注入到发射区的空穴增加，降低发射效率。浅结BGN占优势，深结（轻掺杂）复合中心占优势；电流较小时，复合中心复合占优。5、晶体管的Ebers-Moll模型及其等效电路和互易关系。 发射结和集电结电流都是由自身的结电流和从另一结传输过来电流组成7晶体管共基极和共射极输入、输出特性和转移特性曲线：共发射极：共基极：10 了解基极电阻的求解。减少基极电阻的途径。11

9、 基区穿通和外延层穿通12 三种击穿电压的关系13 写出载流子从发射极到集电极的总传输延迟时间的表达式，并说明各传输延迟时间的意义，如何提高晶体管的特征频率fT？Kirk效应：发射极电流很高时，集电结N侧耗尽层可动电荷中和离化杂质中心导致SCR远离发射极，有效基区宽度变大，电场变小，电子通过扩散渡越，时间很大，截止频率增大。发射结电流增加时，发射结常数变得很小。Vcb增加，开始导致基区渡越时间减少，特征频率上升；后来集电结耗尽层渡越时间增加。减少基区宽度，提高基区电场因子；减少发射区动态电阻和势垒电容；提高集电区掺杂浓度（同提高击穿电压矛盾）；集电区电阻率、宽度及势垒电容；晶体管在开关过程中，

10、EB结和CB结偏压是如何变化的。 延迟过程；上升过程；超量贮存过程；退饱和过程；下降过程 延迟过程，注入的Ib中和发射结离化受主，发射极电子中和施主，即对发射结势垒电容充电，势垒区变窄，发射结由反偏变为正偏（开始导通电压0.5V），同时集电结偏压亦在改变，但仍未反偏；上升过程继续充电，发射结偏压升高（0.7V),积累过量载流子，集电极电流增加至饱和，集电结反偏减少至0；上升结束，实际基极电流大于IC/，除补充基区复合损失外有积累，导致集电结正偏；退饱和过程，基区电流流出，抽取各中性区电荷，基极电流在发射结偏压未过0前不变，集电极电流仍饱和，临界集电结偏压为零；下降开始，发射结仍正，基区电流为I

11、b2，向外抽取，势垒放电，至发射结反偏，集电极电流下降至反向电流值。上升过程复合阻碍过剩载流子积累，下降过程复合加速储存电荷消失。15 开关过程中，各个开关时间的定义？开启时间ton和关断时间toff。提高开关速度的途径（饱和深度S ）。td（导通延迟时间）加输入至电流达到10%，势垒电容充电以及bc结渡越时间；tr（上升时间）电流从10%-90%；ts（贮存时间）从基极电流发生负阶跃到集电极电流下降到90%；tf（下降时间）集电极电流从90%-10%。提高开关速度：降低四个开关时间，ts重要；使用肖特基二极管钳位抗饱和电路限制饱和深度14 f, f , fT ,fm的定义，及相互间的大小关系

12、？f 是共发射极截止频率，fa是共基极截止频率，是电流增益下降到0.707倍时的频率；fT为特征频率，亦或带宽增益积，是共发射极电流增益模量为1的频率。共发射极截止频率要比共基极小得多，但带宽增益积接近。 Ta1 阈值电压及其影响因素（衬底浓度和偏压，氧化层中电荷,氧化层厚度等）。栅电容越大，阈值电压绝对值越小；衬底杂质浓度影响表面空间电荷区电荷密度；氧化层中电容包括固定电荷、界面陷阱电荷、可动电荷、氧化层陷阱电荷，高时VTH为负值，只能是耗尽层nMOS衬底偏置电压越大，阈值电压越大（表面SCR变宽，电荷面密度增大）。2 MOSFET工作原理及其类型。输出特性曲线和转移特性曲线。通过加栅压使得

13、半导体表面反型，利用栅压控制反型层电荷，控制沟道电流。亚阈值区及其特性（特点）。 栅电压低于阈值电压，半导体表面只是弱反型。此时，对漏电流起决定作用的是载流子扩散而非漂移。5 MOSFET的伏安特性方程（线性区、非饱和区和饱和区）线性区：饱和区：6 栅跨导，衬底跨导，漏源电导。7 MOSFET小信号等效电路。提高频率性能的途径。8、若短沟长度缩小K倍，按按比例缩小原则，MOSFET的主要结构和器件参数应该作何调整？按比例缩小后，工作速度提高，元件密度增加，而功率密度保持不变，但电流密度倍增。9、热载流子效应和闩锁效应闩锁效应是CMOS工艺所特有的寄生效应，严重会导致电路的失效，甚至烧毁芯片。闩

14、锁效应是由NMOS的有源区、P衬底、N阱、PMOS的有源区构成的n-p-n-p结构产生的，当其中一个三极管正偏时，就会构成正反馈，在电源与地之间形成短路，造成大电流、EOS（电过载）和器件损坏，形成闩锁。避免闩锁的方法就是要减小衬底和N阱的寄生电阻，使寄生的三极管不会处于正偏状态。 如果有一个强电场施加在器件结构中的氧化物薄膜上，则该氧化物薄膜就会因介质击穿而损坏。很细的金属化迹线会由于大电流而损坏，并会由于浪涌电流造成的过热而形成开路。 10、MOS结构的CV特性（理想、实际）。11、现代MOS器件的发展趋势3、HBT（异质结双极晶体管 ）与BJT；HEMT（高电子迁移率晶体管）与MOS1、

15、JFET或MESFET工作原理。2 、场效应晶体管(FET)同双极晶体管(BJT)比较。 JFET的电流传输主要由多数载流子承担，不存在少数载流子的贮存效应，可以达到较高的截止频率和快的开关速度；而BJT的电流传输由两种载流子共同承担；JFET的输入电阻要高得多，在应用电路中易于实现级间直接耦合；FET适于开关器件（漏电流小，开关速度快），BJT适于放大（工作速度快）；由于是多子器件，因此抗辐射能力强，热稳定性好；与BJT及MOS工艺兼容，且功耗小，有利于集成。异质结有良好的晶格匹配，界面陷阱密度低，顶部形成肖特基势垒，有源层的载流子迁移率高，能获得较高的工作速度和较高的跨导。载流子基本不受电离杂质散射，迁移率高，更大的工作速度和更高的截止频率TFTCCD晶闸管晶闸管thyristor，可控硅整流器，是一类具有三个以上pn结的器件，能够保持开态和关态两种稳定状态，并在两种稳定状态间