半导体器件物理实验报告格式5篇模版

半导体器件物理实验报告格式[5篇模版]第一篇：半导体器件物理实验报告格式微电子学院《半导体器件实验》实验报告实验名称：作者姓名：作者学号：同作者：实验日期：实验报告应包含以下相关内容：实验名称：一、实验目的二、实验原理三、实验内容四、实验方法五、实验器材及注意事项六、实验数据与结果七、数据分析八、回答问题实验报告要求：1.使用实验报告用纸；2.每份报告不少于3页手写体，不含封皮和签字后的实验原始数据部分；3.必须加装实验报告封皮，本文中第一页内容，打印后填写相关信息。4.实验报告格式为：封皮、内容和实验原始数据。第二篇：半导体器件物理教学内容和要点教学内容和要点第一章半导体物理基础第二节载流子的统计分布一、能带中的电子和空穴浓度二、本征半导体三、只有一种杂质的半导体四、杂质补偿半导体第三节简并半导体一、载流子浓度二、发生简并化的条件第四节载流子的散射一、格波与声子二、载流子散射三、平均自由时间与弛豫时间四、散射机构第五节载流子的输运一、漂移运动迁移率电导率二、扩散运动和扩散电流三、流密度和电流密度四、非均匀半导体中的自建场第六节非平衡载流子一、非平衡载流子的产生与复合二、准费米能级和修正欧姆定律三、复合机制四、半导体中的基本控制方程：连续性方程和泊松方程第二章PN结第一节热平衡PN结一、PN结的概念：同质结、异质结、同型结、异型结、金属－半导体结突变结、缓变结、线性缓变结二、硅PN结平面工艺流程（多媒体演示图2.1）三、空间电荷区、内建电场与电势四、采用费米能级和载流子漂移与扩散的观点解释PN结空间电荷区形成的过程五、利用热平衡时载流子浓度分布与自建电势的关系求中性区电势及PN结空间电荷区两侧的内建电势差六、解poisson’sEq求突变结空间电荷区内电场分布、电势分布、内建电势差和空间电荷区宽度（利用耗尽近似）第二节加偏压的PN结一、画出热平衡和正、反偏压下PN结的能带图，定性说明PN结的单向导电性二、导出空间电荷区边界处少子的边界条件，解释PN结的正向注入和反向抽取现象第三节理想PN结的直流电流-电压特性一、解扩散方程导出理想PN结稳态少子分布表达式，电流分布表达式，电流－电压关系二、说明理想PN结中反向电流产生的机制（扩散区内热产生载流子电流）第四节空间电荷区的复合电流和产生电流一、复合电流二、产生电流第五节隧道电流一、隧道电流产生的条件二、隧道二极管的基本性质（多媒体演示Fig2.12）第六节IV特性的温度依赖关系一、反向饱和电流和温度的关系二、IV特性的温度依赖关系第七节耗尽层电容，求杂质分布和变容二极管一、PN结C-V特性二、过渡电容的概念及相关公式推导求杂质分布的程序（多媒体演示Fig2.19）三、变容二极管第八节小讯号交流分析一、交流小信号条件下求解连续性方程，导出少子分布，电流分布和总电流公式二、扩散电容与交流导纳三、交流小信号等效电路第九节电荷贮存和反响瞬变一、反向瞬变及电荷贮存效应二、利用电荷控制方程求解s三、阶跃恢复二极管基本理论第十节P-Ｎ结击穿一、PN结击穿二、两种击穿机制，PN结雪崩击穿基本理论的推导三、计算机辅助计算例题2－3及相关习题第三章双极结型晶体管第一节双极结型晶体管的结构一、了解晶体管发展的历史过程二、BJT的基本结构和工艺过程（多媒体图3.1）概述第二节基本工作原理一、理想BJT的基本工作原理二、四种工作模式三、放大作用（多媒体Fig3.6）四、电流分量（多媒体Fig3.7）五、电流增益（多媒体Fig3.83.9）第三节理想双极结型晶体管中的电流传输一、理想BJT中的电流传输：解扩散方程求各区少子分布和电流分布二、正向有源模式三、电流增益～集电极电流关系第四节爱拜耳斯-莫尔（EbersMoll）方程一、四种工作模式下少子浓度边界条件及少子分布二、E-M模型等效电路三、E-M方程推导第五节缓变基区晶体管一、基区杂质浓度梯度引起的内建电场及对载流子的漂移作用二、少子浓度推导三、电流推导四、基区输运因子推导第六节基区扩展电阻和电流集聚一、基区扩展电阻二、电流集聚效应第七节基区宽度调变效应一、基区宽度调变效应（EARLY效应）二、hFE和ICE0的改变第八节晶体管的频率响应一、基本概念：小信号共基极与共射极电流增益（，hfe），共基极截止频率和共射极截止频率（Wɑ,Wß）,增益－频率带宽或称为特征频率（WT），二、公式（3－36）、（3－65）和（3－66）的推导三、影响截止频率的四个主要因素：τB、τE、τC、τD及相关推导四、Kirk效应第九节混接型等效电路一、参数：gm、gbe、CD的推导二、等效电路图（图3－23）三、证明公式（3－85）、（3－86）第十节晶体管的开关特性一、开关作用二、影响开关时间的四个主要因素：td、tr、tf、ts三、解电荷控制方程求贮存时间ts第十一节击穿电压一、两种击穿机制二、计算机辅助计算：习题阅读§3.12、§3.13、§3.14第四章金属—半导体结第一节肖特基势垒一、肖特基势垒的形成二、加偏压的肖特基势垒三、M－S结构的C-V特性及其应用第二节界面态对势垒高度的影响一、界面态二、被界面态钳制的费米能级第三节镜像力对势垒高度的影响一、镜像力二、肖特基势垒高度降低第四节肖特基势垒二极管的电流电压特性一、热电子发射二、理查德-杜师曼方程第五节肖特基势垒二极管的结构一、简单结构二、金属搭接结构三、保护环结构第六节金属-绝缘体-半导体肖特基势垒二极管一、基本结构二、工作原理第七节肖特基势垒二极管和PN结二极管之间的比较一、开启电压二、反向电流三、温度特性第八节肖特基势垒二极管的应用一、肖特基势垒检波器或混频器二、肖特基势垒钳位晶体管第九节欧姆接触一、欧姆接触的定义和应用二、形成欧姆接触的两种方法第五章结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管第一节JFET的基本结构和工作过程一、两种N沟道JFET二、工作原理第二节理想JFET的I-V特性一、基本假设二、夹断电压三、I-V特性第三节静态特性一、线性区二、饱和区第四节小信号参数和等效电路一、参数：glgmlgmCG二、JFET小信号等效电路图第五节JFET的截止频率一、输入电流和输出电流二、截止频率第六节夹断后的JFET性能一、沟道长度调制效应二、漏极电阻第七节金属-半导体场效应晶体管一、基本结构二、阈值电压和夹断电压三、I-V特性第八节JFET和MESFET的类型一、N—沟增强型N—沟耗尽型二、P—沟增强型P—沟耗尽型阅读§5.8§5.9第六章金属-氧化物-场效应晶体管第一节理想MOS结构的表面空间电荷区一、MOSFET的基本结构（多媒体演示Fig6-1）二、半导体表面空间电荷区的形成三、利用电磁场边界条件导出电场与电荷的关系公式（6－1）四、载流子的积累、耗尽和反型五、载流子浓度表达式六、三种情况下MOS结构能带图七、反型和强反型条件，MOSFET工作的物理基础第二节理想MOS电容器一、基本假设二、C～V特性：积累区，平带情况，耗尽区，反型区三、沟道电导与阈值电压：定义公式（6－53）和（6－55）的推导第三节沟道电导与阈值电压一、定义二、公式（6－53）和（6－55）的推导第四节实际MOS的电容—电压特性一、M-S功函数差引起的能带弯曲以及相应的平带电压，考虑到M-S功函数差，MOS结构的能带图的画法二、平带电压的概念三、界面电荷与氧化层内电荷引起的能带弯曲以及相应的平带电压四、四种电荷以及特性平带电压的计算五、实际MOS的阈值电压和C～V曲线第五节MOS场效应晶体管一、基本结构和工作原理二、静态特性第六节等效电路和频率响应一、参数：gdgmrd二、等效电路三、截止频率第七节亚阈值区一、亚阈值概念二、MOSFET的亚阈值概念第九节MOS场效应晶体管的类型一、N—沟增强型N—沟耗尽型二、P—沟增强型P—沟耗尽型第十节器件尺寸比例MOSFET制造工艺一、P沟道工艺二、N沟道工艺三、硅栅工艺四、离子注入工艺第七章太阳电池和光电二极管第一节半导体中光吸收一、两种光吸收过程二、吸收系数三、吸收限第二节PN结的光生伏打效应一、利用能带分析光电转换的物理过程（多媒体演示）二、光生电动势，开路电压，短路电流，光生电流（光电流）第三节太阳电池的I-V特性一、理想太阳电池的等效电路二、根据等效电路写出I-V公式，I-V曲线图（比较：根据电流分量写出I-V公式）三、实际太阳能电池的等效电路四、根据实际电池的等效电路写出I-V公式五、RS对I-V特性的影响第四节太阳电池的效率一、计算VmpImpPm二、效率的概念FFVOCIL100%Pin第五节光产生电流和收集效率一、“P在N上”结构，光照，GLOex少子满足的扩散方程二、例1－1，求少子分布，电流分布三、计算光子收集效率：colJptJnGO讨论：波长长短对吸收系数的影响少子扩散长度和吸收系数对收集效率的影响理解Fig7-9,Fig7-10所反映的物理意义第六节提高太阳能电池效率的考虑一、光谱考虑(多媒体演示)二、最大功率考虑三、串联电阻考虑四、表面反射的影响五、聚光作用第七节肖特基势垒和MIS太阳电池一、基本结构和能带图二、工作原理和特点阅读§7.8第九节光电二极管一、基本工作原理二、P-I-N光电二极管三、雪崩光电二极管四、金属－半导体光电二极管第十节光电二极管的特性参数一、量子效率和响应度二、响应速度三、噪声特性、信噪比、噪声等效功率（NEP）四、探测率（D）、比探测率（D*）第八章发光二极管与半导体激光器第一节辐射复合与非辐射复合一、辐射复合：带间辐射复合，浅施主和主带之间的复合，施主－受主对（D-A对）复合，深能级复合，激子复合，等电子陷阱复合二、非辐射复合：多声子跃迁，俄歇过程（多媒体演示），表面复合第二节LED的基本结构和工作过程一、基本结构二、工作原理（能带图）第三节LED的特性参数一、I-V特性二：量子效率：注射效率、辐射效率r、内量子效率i，逸出概率o、外量子效率三、提高外量子效率的途径，光学窗口四、光谱分布，峰值半高宽FWHM,峰值波长，主波长，亮度第四节可见光LED一、GaPLED二、GaAs1-xPxLED三、GaNLED第五节红外LED一、性能特点二、应用光隔离器阅读§8.6,§8.7,§8.8,§8.9,§8.10(不做作业和考试要求)第九章集成器件第十章电荷转移器件第一节电荷转移一、CCD基本结构和工作过程二、电荷转移第二节深耗尽状态和表面势阱一、深耗尽状态—非热平衡状态二、公式（10-8）的导出第三节MOS电容的瞬态特性深耗尽状态的能带图一、热弛豫时间二、信号电荷的影响第四节信息电荷的输运转换效率一、电荷转移的三个因素二、转移效率、填充速率和排空率第五节电极排列和CCD制造工艺一、三相CCD二、二相CCD第六节体内（埋入）沟道CCD一、表面态对转移损耗和噪声特性的影响二、体内（埋入）沟道CCD的基本结构和工作原理第七节电荷的注入、检测和再生一、电注入与光注入二、电荷检测电荷读出法三、电荷束的周期性再生或刷新第八节集成斗链器件一、BBD的基本结构二、工作原理三、性能第九节电荷耦合图象器件一、行图象器二、面图象器三、工作原理和应用主要参考书目孟庆巨、刘海波、孟庆辉编著《半导体器件物理》，科学出版社，2005第二次印刷。第三篇：《半导体器件物理》教学大纲(精)《半导体器件物理》教学大纲（2006版）课程编码：07151022学时数：56一、课程性质、目的和要求半导体器件物理课是微电子学，半导体光电子学和电子科学与技术等专业本科生必修的主干专业基础课。它的前修课程是固体物理学和半导体物理学，后续课程是半导体集成电路等专业课，是国家重点学科微电子学与固体电子学硕士研究生入学考试专业课。本课程的教学目的和要求是使学生掌握半导体器件的基本结构、物理原理和特性，熟悉半导体器件的主要工艺技术及其对器件性能的影响，了解现代半导体器件的发展过程和发展趋势，对典型的新器件和新的工艺技术有所了解，为进一步学习相关的专业课打下坚实的理论基础。二、教学内容、要点和课时安排第一章半导体物理基础（复习）（2学时）第二节载流子的统计分布一、能带中的电子和空穴浓度二、本征半导体三、只有一种杂质的半导体四、杂质补偿半导体第三节简并半导体一、载流子浓度二、发生简并化的条件第四节载流子的散射一、格波与声子二、载流子散射三、平均自由时间与弛豫时间四、散射机构第五节载流子的输运一、漂移运动迁移率电导率二、扩散运动和扩散电流三、流密度和电流密度四、非均匀半导体中的自建场第六节非平衡载流子一、非平衡载流子的产生与复合二、准费米能级和修正欧姆定律三、复合机制四、半导体中的基本控制方程：连续性方程和泊松方程第二章PN结（12学时）第一节热平衡PN结一、PN结的概念：同质结、异质结、同型结、异型结、金属－半导体结突变结、缓变结、线性缓变结二、硅PN结平面工艺流程（多媒体演示图2.1）三、空间电荷区、内建电场与电势四、采用费米能级和载流子漂移与扩散的观点解释PN结空间电荷区形成的过程五、利用热平衡时载流子浓度分布与自建电势的关系求中性区电势及PN结空间电荷区两侧的内建电势差六、解poisson’sEq求突变结空间电荷区内电场分布、电势分布、内建电势差和空间电荷区宽度（利用耗尽近似）第二节加偏压的PN结一、画出热平衡和正、反偏压下PN结的能带图，定性说明PN结的单向导电性二、导出空间电荷区边界处少子的边界条件，解释PN结的正向注入和反向抽取现象第三节理想PN结的直流电流-电压特性一、解扩散方程导出理想PN结稳态少子分布表达式，电流分布表达式，电流－电压关系二、说明理想PN结中反向电流产生的机制（扩散区内热产生载流子电流）第四节空间电荷区的复合电流和产生电流一、复合电流二、产生电流第五节隧道电流一、隧道电流产生的条件二、隧道二极管的基本性质（多媒体演示Fig2.12）第六节IV特性的温度依赖关系一、反向饱和电流和温度的关系二、IV特性的温度依赖关系第七节耗尽层电容，求杂质分布和变容二极管一、PN结C-V特性二、过渡电容的概念及相关公式推导求杂质分布的程序（多媒体演示Fig2.19）三、变容二极管第八节小讯号交流分析一、交流小信号条件下求解连续性方程，导出少子分布，电流分布和总电流公式二、扩散电容与交流导纳三、交流小信号等效电路第九节电荷贮存和反响瞬变一、反向瞬变及电荷贮存效应二、利用电荷控制方程求解s三、阶跃恢复二极管基本理论第十节P-Ｎ结击穿一、PN结击穿二、两种击穿机制，PN结雪崩击穿基本理论的推导三、计算机辅助计算例题2－3及相关习题第三章双极结型晶体管（10学时）第一节双极结型晶体管的结构一、了解晶体管发展的历史过程二、BJT的基本结构和工艺过程（多媒体图3.1）概述第二节基本工作原理一、理想BJT的基本工作原理二、四种工作模式三、放大作用（多媒体Fig3.6）四、电流分量（多媒体Fig3.7）五、电流增益（多媒体Fig3.83.9）第三节理想双极结型晶体管中的电流传输一、理想BJT中的电流传输：解扩散方程求各区少子分布和电流分布二、正向有源模式三、电流增益～集电极电流关系第四节爱拜耳斯-莫尔（EbersMoll）方程一、四种工作模式下少子浓度边界条件及少子分布二、E-M模型等效电路三、E-M方程推导第五节缓变基区晶体管一、基区杂质浓度梯度引起的内建电场及对载流子的漂移作用二、少子浓度推导三、电流推导四、基区输运因子推导第六节基区扩展电阻和电流集聚一、基区扩展电阻二、电流集聚效应第七节基区宽度调变效应一、基区宽度调变效应（EARLY效应）二、hFE和ICE0的改变第八节晶体管的频率响应一、基本概念：小信号共基极与共射极电流增益（，hfe），共基极截止频率和共射极截止频率（Wɑ,Wß）,增益－频率带宽或称为特征频率（WT），二、公式（3－36）、（3－65）和（3－66）的推导三、影响截止频率的四个主要因素：τB、τE、τC、τD及相关推导四、Kirk效应第九节混接型等效电路一、参数：gm、gbe、CD的推导二、等效电路图（图3－23）三、证明公式（3－85）、（3－86）第十节晶体管的开关特性一、开关作用二、影响开关时间的四个主要因素：td、tr、tf、ts三、解电荷控制方程求贮存时间ts第十一节击穿电压一、两种击穿机制二、计算机辅助计算：习题阅读§3.12、§3.13、§3.14第四章金属—半导体结（4学时）第一节肖特基势垒一、肖特基势垒的形成二、加偏压的肖特基势垒三、M－S结构的C-V特性及其应用第二节界面态对势垒高度的影响一、界面态二、被界面态钳制的费米能级第三节镜像力对势垒高度的影响一、镜像力二、肖特基势垒高度降低第四节肖特基势垒二极管的电流电压特性一、热电子发射二、理查德-杜师曼方程第五节肖特基势垒二极管的结构一、简单结构二、金属搭接结构三、保护环结构第六节金属-绝缘体-半导体肖特基势垒二极管一、基本结构二、工作原理第七节肖特基势垒二极管和PN结二极管之间的比较一、开启电压二、反向电流三、温度特性第八节肖特基势垒二极管的应用一、肖特基势垒检波器或混频器二、肖特基势垒钳位晶体管第九节欧姆接触一、欧姆接触的定义和应用二、形成欧姆接触的两种方法第五章结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管（4学时）第一节JFET的基本结构和工作过程一、两种N沟道JFET二、工作原理第二节理想JFET的I-V特性一、基本假设二、夹断电压三、I-V特性第三节静态特性一、线性区二、饱和区第四节小信号参数和等效电路一、参数：glgmlgmCG二、JFET小信号等效电路图第五节JFET的截止频率一、输入电流和输出电流二、截止频率第六节夹断后的JFET性能一、沟道长度调制效应二、漏极电阻第七节金属-半导体场效应晶体管一、基本结构二、阈值电压和夹断电压三、I-V特性第八节JFET和MESFET的类型一、N—沟增强型N—沟耗尽型二、P—沟增强型P—沟耗尽型阅读§5.8§5.9第六章金属-氧化物-场效应晶体管（10学时）第一节理想MOS结构的表面空间电荷区一、MOSFET的基本结构（多媒体演示Fig6-1）二、半导体表面空间电荷区的形成三、利用电磁场边界条件导出电场与电荷的关系公式（6－1）四、载流子的积累、耗尽和反型五、载流子浓度表达式六、三种情况下MOS结构能带图七、反型和强反型条件，MOSFET工作的物理基础第二节理想MOS电容器一、基本假设二、C～V特性：积累区，平带情况，耗尽区，反型区三、沟道电导与阈值电压：定义公式（6－53）和（6－55）的推导第三节沟道电导与阈值电压一、定义二、公式（6－53）和（6－55）的推导第四节实际MOS的电容—电压特性一、M-S功函数差引起的能带弯曲以及相应的平带电压，考虑到M-S功函数差，MOS结构的能带图的画法二、平带电压的概念三、界面电荷与氧化层内电荷引起的能带弯曲以及相应的平带电压四、四种电荷以及特性平带电压的计算五、实际MOS的阈值电压和C～V曲线第五节MOS场效应晶体管一、基本结构和工作原理二、静态特性第六节等效电路和频率响应一、参数：gdgmrd二、等效电路三、截止频率第七节亚阈值区一、亚阈值概念二、MOSFET的亚阈值概念第九节MOS场效应晶体管的类型一、N—沟增强型N—沟耗尽型二、P—沟增强型P—沟耗尽型第十节器件尺寸比例MOSFET制造工艺一、P沟道工艺二、N沟道工艺三、硅栅工艺四、离子注入工艺第七章太阳电池和光电二极管（6学时）第一节半导体中光吸收一、两种光吸收过程二、吸收系数三、吸收限第二节PN结的光生伏打效应一、利用能带分析光电转换的物理过程（多媒体演示）二、光生电动势，开路电压，短路电流，光生电流（光电流）第三节太阳电池的I-V特性一、理想太阳电池的等效电路二、根据等效电路写出I-V公式，I-V曲线图（比较：根据电流分量写出I-V公式）三、实际太阳能电池的等效电路四、根据实际电池的等效电路写出I-V公式五、RS对I-V特性的影响第四节太阳电池的效率一、计算VmpImpPm二、效率的概念FFVOCIL100%Pin第五节光产生电流和收集效率一、“P在N上”结构，光照，GLOex少子满足的扩散方程二、例1－1，求少子分布，电流分布三、计算光子收集效率：colJptJnGO讨论：波长长短对吸收系数的影响少子扩散长度和吸收系数对收集效率的影响理解Fig7-9,Fig7-10所反映的物理意义第六节提高太阳能电池效率的考虑一、光谱考虑(多媒体演示)二、最大功率考虑三、串联电阻考虑四、表面反射的影响五、聚光作用第七节肖特基势垒和MIS太阳电池一、基本结构和能带图二、工作原理和特点阅读§7.8第九节光电二极管一、基本工作原理二、P-I-N光电二极管三、雪崩光电二极管四、金属－半导体光电二极管第十节光电二极管的特性参数一、量子效率和响应度二、响应速度三、噪声特性、信噪比、噪声等效功率（NEP）四、探测率（D）、比探测率（D*）第八章发光二极管与半导体激光器（4学时）第一节辐射复合与非辐射复合一、辐射复合：带间辐射复合，浅施主和主带之间的复合，施主－受主对（D-A对）复合，深能级复合，激子复合，等电子陷阱复合二、非辐射复合：多声子跃迁，俄歇过程（多媒体演示），表面复合第二节LED的基本结构和工作过程一、基本结构二、工作原理（能带图）第三节LED的特性参数一、I-V特性二：量子效率：注射效率、辐射效率r、内量子效率i，逸出概率o、外量子效率三、提高外量子效率的途径，光学窗口四、光谱分布，峰值半高宽FWHM,峰值波长，主波长，亮度第四节可见光LED一、GaPLED二、GaAs1-xPxLED三、GaNLED第五节红外LED一、性能特点二、应用光隔离器阅读§8.6,§8.7,§8.8,§8.9,§8.10(不做作业和考试要求)第九章集成器件（阅读，不做作业和考试要求）第十章电荷转移器件（4学时）第一节电荷转移一、CCD基本结构和工作过程二、电荷转移第二节深耗尽状态和表面势阱一、深耗尽状态—非热平衡状态二、公式（10-8）的导出第三节MOS电容的瞬态特性深耗尽状态的能带图一、热弛豫时间二、信号电荷的影响第四节信息电荷的输运转换效率一、电荷转移的三个因素二、转移效率、填充速率和排空率第五节电极排列和CCD制造工艺一、三相CCD二、二相CCD第六节体内（埋入）沟道CCD一、表面态对转移损耗和噪声特性的影响二、体内（埋入）沟道CCD的基本结构和工作原理第七节电荷的注入、检测和再生一、电注入与光注入二、电荷检测电荷读出法三、电荷束的周期性再生或刷新第八节集成斗链器件一、BBD的基本结构二、工作原理三、性能第九节电荷耦合图象器件一、行图象器二、面图象器三、工作原理和应用三、教学方法板书、讲授、多媒体演示四、成绩评价方式闭卷考试加平时作业、课堂讨论五、主要参考书目1、孟庆巨、刘海波、孟庆辉编著《半导体器件物理》，科学出版社，2005-6第二次印刷。2、SMSze.《半导体器件:物理和工艺》。王阳元、嵇光大、卢文豪译。北京：科学出版社，19923、SMSze.《现代半导体器件物理》科学出版社2001年6月第一次印刷4、爱得华·S·扬《半导体器件物理基础》，卢纪译。北京：人民教育出版社，19815、刘文明《半导体物理学》长春：吉林人民出版社，19826、孟宪章，康昌鹤.《半导体物理学》长春：吉林大学出版社，19937、RA史密斯.《半导体》(第二版).高鼎三等译。北京：科学出版社，19878、CaseyHC,PanishJrMB.Heterostructurelasers.AcademicPress,19789、DonaldA·Nermen著《半导体物理与器件》赵毅强，姚淑英，谢晓东译电子工业出版社，2005年2月第一次印刷第四篇：常用半导体器件教案第一章常用半导体器件1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体一、半导体1．概念：导电能力介于导体和绝缘体之间。2．本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。二、本征半导体的晶体结构（图1.1.1）1．晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵。2．共价键三、本征半导体中的两种载流子（图1.1.2）1．本征激发：在热激发下产生自由电子和空穴对的现象。2．空穴：讲解其导电方式；3．自由电子4．复合：自由电子与空穴相遇，相互消失。5．载流子：运载电荷的粒子。四、本征半导体中载流子的浓度1．动态平衡：载流子浓度在一定温度下，保持一定。2．载流子浓度公式：nipiK1T3/2eEGO/(2kT)自由电子、空穴浓度（cm5－3），T为热力学温度，k为波耳兹曼常数（8.6310eV/K），EGO为热力学零度时破坏共价键所需的能量（eV），又称禁带宽度，K1是与半导体材料载流子有效质量、有效能级密度有关的常量。1.1.2杂质半导体一、概念：通过扩散工艺，掺入了少量合适的杂质元素的半导体。二、N型半导体（图1.1.3）1．形成：掺入少量的磷。2．多数载流子：自由电子3．少数载流子：空穴4．施主原子：提供电子的杂质原子。三、P型半导体（图1.1.4）1．形成：掺入少量的硼。2．多数载流子：空穴3．少数载流子：自由电子4．受主原子：杂质原子中的空穴吸收电子。5．浓度：多子浓度近似等于所掺杂原子的浓度，而少子的浓度低，由本征激发形成，对温度敏感，影响半导体的性能。1.1.3PN结一、PN结的形成（图1.1.5）1．扩散运动：多子从浓度高的地方向浓度低的地方运动。2．空间电荷区、耗尽层（忽视其中载流子的存在）3．漂移运动：少子在电场力的作用下的运动。在一定条件下，其与扩散运动动态平衡。4．对称结、不对称结：外部特性相同。二、PN结的单向导电性1．PN结外加正向电压：导通状态（图1.1.6）正向接法、正向偏置，电阻R的作用。（解释为什么Uho与PN结导通时所表现的外部电压相反：PN结的外部电压为U即平时的0.7V，而内电场的电压并不对PN结的外部电压产生影响。）2．PN结外加反向电压：截止状态（图1.1.7）反向电压、反向偏置、反向接法。形成漂移电流。三、PN结的电流方程1．方程（表明PN结所加端电压u与流过它的电流i的关系）：iIS(euUT1)UTkTq为电子的电量。q2．平衡状态下载流子浓度与内电场场强的关系：3．PN结电流方程分析中的条件：4．外加电压时PN结电流与电压的关系：四、PN结的伏安特性（图1.1.10）1．正向特性、反向特性2．反向击穿：齐纳击穿（高掺杂、耗尽层薄、形成很强电场、直接破坏共价键）、雪崩击穿（低掺杂、耗尽层较宽、少子加速漂移、碰撞）。五、PN结的电容效应1．势垒电容：（图1.1.11）耗尽层宽窄变化所等效的电容，Cb（电荷量随外加电压而增多或减少，这种现象与电容器的充放电过程相同）。与结面积、耗尽层宽度、半导体介电常数及外加电压有关。2．扩散电容：（图1.1.12）（1）平衡少子：PN结处于平衡状态时的少子。（2）非平衡少子：PN结处于正向偏置时，从P区扩散到N区的空穴和从N区扩散到P区的自由电子。（3）浓度梯度形成扩散电流，外加正向电压增大，浓度梯度增大，正向电流增大。（4）扩散电容：扩散区内，电荷的积累和释放过程与电容器充放电过程相同。i越大、τ越大、UT越小，Cd就越大。（5）结电容CjCbCdpF级，对于低频忽略不计。1.2半导体二极管（几种外形）（图1.2.1）1.2.1半导体二极管的几种常见结构（图1.2.2）一、点接触型：电流小、结电容小、工作频率高。二、面接触型：合金工艺，结电容大、电流大、工作频率低，整流管。三、平面型：扩散工艺，结面积可大可小。四、符号1.2.2二极管的伏安特性一、二极管的伏安特性1．二极管和PN结伏安特性的区别：存在体电阻及引线电阻，相同端电压下，电流小；存在表面漏电流，反向电流大。2．伏安特性：开启电压（使二极管开始导通的临界电压）（图1.2.3）二、温度对二极管方案特性的影响1．温度升高时，正向特性曲线向左移，反向特性曲线向下移。2．室温时，每升高1度，正向压降减小2～2.5mV；每升高10度，反向电流增大一倍。1.2.3二极管的主要参数一、最大整流电流IF：长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。二、最高反向工作电压UR：工作时，所允许外加的最大反向电压，通常为击穿电压的一半。三、反向电流IR：未击穿时的反向电流。越小，单向导电性越好；此值对温度敏感。四、最高工作频率fM：上限频率，超过此值，结电容不能忽略。1.2.4二极管的等效电路一、二极管的等效电路：在一定条件下，能够模拟二极管特性的由线性元件所构成的电路。一种建立在器件物理原理的基础上（复杂、适用范围宽），另一种根据器件外特性而构造（简单、用于近似分析）。二、由伏安特性折线化得到的等效电路：（图1.2.4）1．理想二极管：注意符号2．正向导通时端电压为常量3．正向导通时端电压与电流成线性关系4．例1（图1.2.5）三种不同等效分析：（1）V远远大于UD，（2）UD变化范围很小，(3)接近实际情况。5．例2（图1.2.6）三、二极管的微变等效电路（图1.2.7）（图1.2.8）（图1.2.9）动态电阻的公式推倒：1.2.5稳压二极管一、概念：一种由硅材料制成的面接触型晶体二极管，其可以工作在反向击穿状态，在一定电流范围内，端电压几乎不变。二、稳压管的伏安特性：（图1.2.10）三、稳压管的主要参数1．稳定电压UZ：反向击穿电压，具有分散性。2．稳定电流IZ：稳压工作的最小电流。3．额定功耗PZM：稳定电压与最大稳定电流的乘积。4．动态电阻rZ：稳压区的动态等效电阻。5．温度系数α：温度每变化1度，稳压值的变化量。小于4V为齐纳击穿，负温度系数；大于7V为雪崩击穿，正温度系数。四、例（图1.2.11）1.2.6其他类型二极管一、发光二极管（图1.2.12）可见光、不可见光、激光；红、绿、黄、橙等；开启电压大。二、光电二极管（图1.2.13）远红外接受管，伏安特性（图1.2.14）光电流（光电二极管在反压下，受到光照而产生的电流）与光照度成线性关系。三、例（图1.2.15）1.3双极型晶体管双极型晶体管（BJT:BipolarJunctionTransistor）几种晶体管的常见外形（图1.3.1）1.3.1晶体管的结构及类型（图1.3.2）一、构成方式：同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结。二、结构：1．三个区域：基区（薄且掺杂浓度很低）、发射区（掺杂浓度很高）、集电区（结面积大）；2．三个电极：基极、发射极、集电极；3．两个PN结：集电结、发射结。三、分类及符号：PNP、NPN1.3.2晶体管的电流放大作用一、放大：把微弱信号进行能量的放大，晶体管是放大电路的核心元件，控制能量的转换，将输入的微小变化不失真地放大输出，放大的对象是变化量。二、基本共射放大电路（图1.3.3）1．输入回路：输入信号所接入的基极－发射极回路；2．输出回路：放大后的输出信号所在的集电极－发射极回路；3．共射放大电路：发射极是两个回路的公共端；4．放大条件：发射结正偏且集电结反偏；5．放大作用：小的基极电流控制大的集电极电流。三、晶体管内部载流子的运动（图1.3.4）分析条件uI01．发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流IE，空穴电流IEP由于基区掺杂浓度很低，可以忽略不计；IEIENIEP2．扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成电流IBN；3．集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC，其中非平衡少子的漂移形成ICN，平衡少子形成ICBO。ICBO4．晶体管的电流分配关系：ICICNICBO，IBIBNIEPICBOIB，IEIBIC四、晶体管的共射电流放大系数1．共射直流电流放大系数：ICNICICBOIBIBICBO2．穿透电流ICEO：ICIB(1)ICBOIBICEO基极开路时，集电极与发射极之间的电流；3．集电结反向饱和电流ICBO：发射极开路时的IB电流；4．近似公式：ICIB，IE(1)IB5．共射交流电流放大系数：当有输入动态信号时，iciB6．交直流放大系数之间的近似：若在动态信号作用时，交流放大系数基本不变，则有iCICiCIBICEOiB(IBiB)ICEO因为直流放大系数在线性区几乎不变，可以把动态部分看成是直流大小的变化，忽略穿透电流，有：，放大系数一般取几十至一百多倍的管子，太小放大能力不强，太大性能不稳定；7．共基直流电流放大系数：ICN，，1IE1iC，iE8．共基交流电流放大系数：1.3.3晶体管的共射特性曲线一、输入特性曲线（图1.3.5）iBf(uBE)u的能力有关。二、输出特性曲线（图1.3.6）iCf(uCE)IB常数CE常数，解释曲线右移原因，与集电区收集电子（解释放大区曲线几乎平行于横轴的原因）1．截止区：发射结电压小于开启电压，集电结反偏，穿透电流硅1uA，锗几十uA；2．放大区：发射结正偏，集电结反偏，iB和iC成比例；3．饱和区：双结正偏，iB和iC不成比例，临界饱和或临界放大状态（uCB0）。1.3.4晶体管的主要参数一、直流参数1．共射直流电流系数2．共基直流电流放大系数3．极间反向电流ICBO二、交流参数1．共射交流电流放大系数2．共基交流电流放大系数3．特征频率fT：使下降到1的信号频率。三、极限参数（图1.3.7）1．最大集电极耗散功率PCM；2．最大集电极电流ICM：使明显减小的集电极电流值；3．极间反向击穿电压：晶体管的某一电极开路时，另外两个电极间所允许加的最高反向电压，UCBO几十伏到上千伏、UCEO、UEBO几伏以下。UCBOUCEXUCESUCERUCEO1.3.5温度对晶体管特性及参数的影响一、温度对ICBO影响：每升高10度，电流增加一倍，硅管的ICBO要小一些。二、温度对输入特性的影响：（图1.3.8）与二极管伏安特性相似。温度升高时，正向特性曲线向左移，反向特性曲线向下移，室温时，每升高1度，发射结正向压降减小2～2.5mV。三、温度对输出特性的影响：（图1.3.9）温度升高变大。四、两个例题1.3.6光电三极管一、构造：（图1.3.10）二、光电三极管的输出特性曲线与普通三极管类似（图1.3.11）三、暗电流：ICEO无光照时的集电极电流，比光电二极管的大，且每上升25度，电流上升10倍；四、光电流：有光照时的集电极电流。1.4场效应管1.4.1结型场效应管1.4.2绝缘栅型场效应管一、N沟道增强型MOS管（图1.4.7）1．结构：衬底低掺杂P，扩散高掺杂N区，金属铝作为栅极；2．工作原理：(1)栅源不加电压，不会有电流；(2)（图1.4.8）uDS0且uGS0时，栅极电流为零，形成耗尽层；加大电压，形成反型层（导电沟道）；开启电压UGS(th)；(3)（图1.4.9）uGSUGS(th)为一定值时，加大uDS，iD线性增大；但uDS的压降均匀地降落在沟道上，使得沟道沿源－漏方向逐渐变窄；当uGD＝UGS(th)时，为预夹断；之后，uDS增大的部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力，此时，对应不同的uGS就有不同的iD，从而可以将iD看为电压uGSiD出现恒流。控制的电流源。3．特性曲线与电流方程：(1)特性曲线：（图1.4.10）转移特性、输出特性；u(2)电流方程：iDIDOGS1UGS(th)二、N沟道耗尽型MOS管（图1.4.10）1．结构：绝缘层加入大量的正离子，直接形成反型层；2．符号三、P沟道MOS管：漏源之间加负压四、VMOS管21.4.3场效应管的主要参数一、直流参数1．开启电压UGS(th)：是UDS一定时，使iD大于零所需的最小UGS值；2．夹断电压UGS(off)：是UDS一定时，使iD为规定的微小电流时的uGS；3．饱和漏极电流IDSS：对于耗尽型管，在UGS＝0情况下，产生预夹断时的漏极电流；4．直流输入电阻RGS(DC)：栅源电压与栅极电流之比，MOS管大于10。二、交流参数1．低频跨导：gm9iDuGSUDS常数2．极间电容：栅源电容Cgs、栅漏电容Cgd、1～3pF，漏源电容Cds0.1～1pF三、极限参数1．最大漏极电流IDM：管子正常工作时，漏极电流的上限值；2．击穿电压：漏源击穿电压U(BR)DS，栅源击穿电压U(BR)GS。3．最大耗散功率PDM：4．安全注意：栅源电容很小，容易产生高压，避免栅极空悬、保证栅源之间的直流通路。四、例1.4.4场效应管与晶体管的比较一、场效应管为电压控制、输入电阻高、基本不需要输入电流，晶体管电流控制、需要信号源提供一定的电流；二、场效应管只有多子参与导电、稳定性好，晶体管因为有少子参与导电，受温度、辐射等因素影响大；三、场效应管噪声系数很小；四、场效应管漏极、源极可以互换，而晶体管很少这样；五、场效应管比晶体管种类多，灵活性高；六、场效应管应用更多。1.5单结晶体管和晶闸管1.6集成电路中的元件第五篇：说课稿-半导体器件尊敬的各位领导、各位老师下午好，我今天说课的题目是：平衡PN结一、分析教材首先我对本节的教材内容进行分析：《半导体器件物理》是应用物理学专业的一门重要专业方向课程。通过本课程的学习，使学生能够结合各种半导体的物理效应掌握常用和特殊半导体器件的工作原理，从物理角度深入了解各种半导体器件的基本规律。PN结是构成各类半导体器件的基础，如双极型晶体管、结型场效应晶体管、可控硅等，都是由PN结构成的。PN结的性质集中反映了半导体导电性能的特点，如存在两种载流子、载流子有漂移运动、扩散运动、产生与