青岛科技大学半导体总复习

掌握熟悉了解第一章半导体物理基础一、能带理论1、能带的形成、结构：导带、价带、禁带•当原子结合成晶体时，原子最外层的价电子实际上是被晶体中所有原子所共有，称为共有化。•共有化导致电子的能量状态发生变化，产生了密集能级组成的准连续能带---能级分裂•价带：绝对0度条件下被电子填充的能量最高的能带；结合成共价键的电子填充的能带。•导带：绝对0度条件下未被电子填充的能量最低的能带2、导体、半导体、绝缘体的能带结构特点•禁带的宽度区别了绝缘体和半导体；而禁带的有无是导体和半导体、绝缘体之间的区别；绝缘体是相对的，不存在绝对的绝缘体。3、导电的前提：不满带的存在二、掺杂半导体1、两种掺杂半导体的能级结构。2、杂质补偿的概念三、载流子统计分布1、费米函数、费米能级：公式1-7-9和1-7-10，及其简化公式1-7-11和1-7-122、质量作用定律，只用于本征半导体：公式1-7-273、用费米能级表示的载流子浓度：公式1-7-28和1-7-294、杂质饱和电离的概念（本征激发）5、杂质半导体费米能级的位置：公式1-7-33和1-7-37。意义（图1-13，费米能级随着掺杂浓度和温度的变化）。6、杂质补充半导体的费米能级四、载流子的运输1、（1.8节）载流子的运动模式：散射－漂移－散射。平均弛豫时间的概念2、迁移率，物理意义：公式1-9-4和1-9-5（迁移率与电子自由运动时间和有效质量有关），迁移率与温度和杂质浓度的关系3、电导率，是迁移率的函数：公式1-9-10和1-9-114、在外电场和载流子浓度梯度同时存在的条件下，载流子运输公式：1-9-24～1-9-275、费米势：公式1-10-5：电势与费米能级的转换6、以静电势表示的载流子浓度1-10-6和1-10-7或1-10-9和1-10-107、爱因斯坦关系：反映了扩散系数和迁移率的关系。在非热平衡状态下也成立。公式1-10-11和1-10-12五、非平衡载流子1、概念：平衡与非平衡（能带间的载流子跃迁）；过剩载流子2、大注入和小注入3、产生率、复合率、净复合率4、非平衡载流子的寿命：从撤销外力，到非平衡载流子消失。单位时间内每个非平衡载流子被复合掉的概率，净负荷率5、载流子的寿命：反映衰减快慢的时间常数，标志着非平衡载流子在复合前平均存在的时间6、准费米能级1-12-1、1-12-27、直接复合、间接复合8、非平衡少子寿命与本征半导体的关系：在掺杂半导体中，非平衡少子的寿命比在本征半导体中的短，和多子浓度成反比，即与杂质浓度成反比。9、基本控制方程：1-15-3、1-15-4、1-15-2参考题请画出导体、半导体、绝缘体的能带结构示意图，并解释它们之间的区别。请画出N型半导体和P型半导体的能带结构，指出施主杂质和受/1/p主杂质的位置，并解释原因。请写出费米函数，并解释费米函数的意义。什么是费米能级？什么是质量作用定律？它的适用范围？请写出N型和P型半导体的费米能级公式，并解释其费米能级与掺杂浓度和温度之间的关系。填空：能带理论提出：一个晶体是否具有导电性，关键在于它是否有不满的能带存在。填空：杂质以替位的方式掺入硅晶体中。请写出电子和空穴迁移率和电导率的公式，并解释迁移率的物理意义。什么是爱因斯坦关系式？在非热平衡状态下也成立。名词解释：有效质量，杂质补偿，本征半导体，本征激发，杂质饱和电离，平均自由时间，费米势，过剩载流子，大注入，小注入，产生率，复合率，净复合率，非平衡载流子的寿命，第二章PN结一、热平衡PN结1、PN结的形成，能带图形成原理以及结构（会画）2、突变和缓变PN结3、PN结的内建电势2-1-7和2-1-194、电势和电场的面积关系：5、泊松方程：电荷密度、电场、电势的关系二、加偏压的PN结1、能带的变化特点：偏离平衡态，出现准费米能级（图2-5）；2、扩散近似；正向注入和反向抽取：边界处少子浓度与外加偏压的关系3、边界条件2-2-1和2-2-12三、理想PN结的直流电流－电压特性1、理想情况的几个假设：（1）～（4）2、能够画出正、反偏压下PN结少子分布、电流分布和总电流示意图。（图2-7、2－8）3、公式2-3-16及其近似2-3-224、空穴和电子的扩散长度表达式及意义。空穴和电子的扩散长度表FECEVEpnCEVEFEpnCEFEiEVE0q漂移漂移扩散扩散EnpWEM0021adNnNpkqdxd022dxdEadNnNpkqdxdE0达式及意义（两个意义：扩散区域；少子扩散电流衰减为1/e）。空穴扩散区、电子扩散区四、空间电荷区的复合电流和产生电流1、图2－11，分三个阶段低偏压：空间电荷区的复合电流占优势偏压升高：扩散电流占优势更高偏压：串联电阻的影响出现了五、隧道电流1、了解隧道电流的概念及产生条件。2、江崎二极管的电流-电压特性（图2-13）六、I-V特性的温度依赖关系1、图2－14和2－15：在相同电压下，电流随温度升高。七、耗尽层电容（势垒电容、结电容）和扩散电容1、概念、形成原因2、扩散电容在低频正向偏压下特别重要。八、PN结二极管的频率特性1、二极管等效电路图2-192、二极管直流电导或扩散电导扩散电容2/1)(PPPDL2/1)(nnnDLTDVIgTpDVIC2九、电荷存储和反向瞬变1、PN结的开关作用。2、反向瞬变和电荷存储的概念3、根据2－21的载流子分布，解释2－20所示的电流、电压特性（分三个阶段）。十、PN结击穿1、雪崩击穿的产生原理：碰撞电离、倍增效应。2、齐纳击穿：由隧道效应产生参考题请画出PN结形成前后的能带图，并用能带理论解释PN结形成过程。画出正向偏压和反向偏压的PN结能带图，并解释不同之处。写出PN结边界条件公式，并解释什么是正向注入和反向抽取？画出正向偏置和反向偏置下的PN结两边少数载流子分布。图2-10，考虑空间电荷区正偏复合电流和串联电阻的影响的实际I－V曲线耗尽层电容和扩散电容是如何形成的？分三个阶段解释反向瞬变。名词解释：势垒区，扩散近似，耗尽近似，扩散长度，反向瞬变，雪崩击穿（碰撞电离，倍增效应）第三章双极结型晶体管一、双极结型晶体管的结构1、NPN和PNP型晶体管的结构及电路符号。“双极型”的解释。2、图3－2：硅平面外延NPN晶体管的版图和截面图。3、图3-3：硅平面外延NPN晶体管的净掺杂浓度分布二、基本工作原理1、四种工作模式对应的偏压情况2、图3-5NPN晶体管共基极放大电路图及对应能带图3、图3-6：放大工作条件下的工作电流分量：会画，解释各个电流的形成原理。4、几个电流增益概念：发射极注射效率、基区运输因子、共基极电流增益、共发射极电流增益。三、正向有源工作模式下的电流传输1、放大条件下，基极电流和集电极电流的表示方法。（计算题）图3-11四、埃伯斯－莫尔方程1、图3-15：四种工作模式下的少数载流子分布，会画。2、图3-14：E-M等效电路五、缓变基区晶体管kTqVBBnBECBEeXnqDAI/0)/(kTqVpEEpEEEpEEpEBBEeLpqDAdxdpqDAII/0)/(|)/(|1、基区杂质分布不均；产生内建电场；加强电子漂移。Webster效应：相当于扩散系数增加一倍。六、基区扩展电阻和电流聚集1、发射极电流集聚效应：基区扩展电阻的存在，使发射结电压降低，发射极电流集中在发射结边缘附近解决方法：采用周长/面积比很高的梳状结构。七、基区宽度调变效应1、基区宽度调变效应：基区宽度与VCE的关系2、Early效应：IC与VCE的关系八、晶体管的频率响应1、截至频率的概念2、各种频率的定义：共基极截至频率、共发射极截至频率、增益－带宽乘积3、影响载流子运输的4个延迟：基区渡越时间（公式3-8-12）、发射结过渡电容充电时间、集电结耗尽层渡越时间、集电结电容充电时间。公式3-8-15、3-8-164、Kirk效应：也称为基区展宽效应十、晶体管的开关特性1、开：饱和状态关：截至状态2、理解：开－关过程与载流子的存储和运输有关，需要有一个过程3、各开关时间的定义：导通时间、上升和下降时间、贮存时间4、最重要的贮存时间：定义，与该时间相对应的载流子的存储和运输过程。十一、击穿电压1、根据击穿条件，分析“共发射极击穿电压比共基极击穿电压低很多”。参考题三极管有哪几种工作模式？以及各种工作模式的偏置特点。填空：晶体管实现放大的必要条件之一：基区宽度很窄。当BJT工作在放大条件下时，画出工作电流分量示意图，并解释各个电流的形成。请画出正向有源模式下各个区的少数载流子分布，并解释原因。推导正向有源模式下，集电极电流和基极电流公式。请画出艾伯斯莫尔电路模型，并解释各个电路元素。请画出三极管在四种工作模式下的少子分布。什么是缓变基区晶体管？基区的掺杂有什么特点？并分析这种特点对基区载流子运输的影响。请根据基区载流子的变化过程，解释晶体管的开关特性。影响晶体管开关过程的时间是哪一个？为什么？0CBBV0CEBVkTVpEEpEEBBEeLpqDAI/0)/(BBnBCXnqADI)0(名词解释：双极型器件和单极型器件，基区输运因子，共基极直流电流增益，发射极注射效率，Webster效应，发射极电流拥挤，Early效应，截止频率，特征频率，什么是基区渡越时间，并写出其表达式。什么是Kirk效应？该效应是如何引起的？三极管跨导的定义。三极管作为开关时分别工作在哪个状态下？为什么会有开关时间？请根据图示，分析三极管的打开和关闭过程所对应的基区载流子变化，并指出影响开关时间的最重要时间。第六章金属－氧化物－半导体场效应管一、理想MOS结构的表面空间电荷区1、理想MOS结构的假设2、MOS电容器的结构：半导体表面电荷层具有一定的厚度3、表面势：空间电荷区中电场的出现使半导体表面与体之间产生一个电位差4、载流子的积累、耗尽和反型：栅极电压、半导体表面载流子特点、能带图（图6-4）5、反型和强反型条件：6-1-19和6-1-20MOSFET工作在强反型条件下。SGVV06、导电沟道的概念二、理想MOS电容器1、分四种情况讨论MOS电容器的电容－电压特性：积累区、平带情况、耗尽区、反型区（高频和低频），会画图6-7和图6-9。三、沟道电导和阈值电压1、什么是阈值电压。公式6-3-72、沟道电导公式6-3-4四、实际MOS的电容－电压特性1、功函数的影响、截面陷阱和氧化物电荷的影响，使平带电压VFB02、实际的阈值电压公式6-4-12，能够解释其中4项的来源。五、MOS场效应晶体管1、三种工作状态：线性、开始饱和、饱和，对应的沟道变化情况2、沟道夹断的原理六、等效电路和频率响应1、截至频率的概念，公式6-6-9，截至频率与那些因素有关参考题在理想条件下，请分析积累、耗尽、反型、强反型时，栅电压和半导体表面的载流子变化，并画出各个情况半导体表面的能带图。根据VG的变化，分三段（积累、耗尽、反型）定性地解释并画出MOS系统的C-V特性图。什么是MOSFET的截至频率？请写出公式，并解释与那些物理因素由关系。什么是理想情况下的阈值电压？解释阈值电压的构成（给出公式）。非理性情况的阈值电压与理想情况相比，有什么变化？为什么会产生沟道夹断现象？请给出沟道夹断的条件。名词解释：MOSFET，表面势，反型，强反型，导电沟道，沟道电导（公式）