中科大半导体器件原理考试重点
半导体器件物理复习纲要word精品文档5页
第一章 半导体物理基础能带：1-1什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？1-2试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。
1-3、试指出空穴的主要特征及引入空穴的意义。
1-4、设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E v (k)分别为：2222100()()3C k k k E k m m -=＋和22221003()6v k k E k m m =－；m 0为电子惯性质量，1k a π=；a ＝0.314nm ，341.05410J s -=⨯⋅，3109.110m Kg -=⨯，191.610q C -=⨯。
试求：①禁带宽度；②导带底电子有效质量；③价带顶电子有效质量。
题解：1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。
其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。
如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。
1-2、 解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。
温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。
反之，温度降低，将导致禁带变宽。
因此，Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数。
1-3、准粒子、荷正电：+q ； 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； 、E P =-E n （能量方向相反）、m P *=-m n *。
空穴的意义：引入空穴后，可以把价带中大量电子对电流的贡献用少量空穴来描述，使问题简化。
1-4、①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(＝2023k m ＋2102()k k m -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值： k min ＝143k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min =2104k m ；由题中E V 式可看出，对应价带能量极大值Emax 的k 值为：k max ＝0；并且E min ＝E V (k)|k=k max ＝22106k m ；∴Eg ＝E min －E max ＝221012k m ＝222012m a π ＝23423110219(1.05410)129.110(3.1410) 1.610π----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝0.64eV②导带底电子有效质量m n2222200022833C d E dk m m m =+=；∴ 22023/8C n d E m m dk == ③价带顶电子有效质量m ’ 22206V d E dk m =-，∴2'2021/6V n d E m m dk ==- 掺杂：2-1、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2-2、什么叫施主？什么叫施主电离？2-3、什么叫受主？什么叫受主电离？2-4、何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？题解：2-1、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。
中国科学院半导体物理考研复习总结..docx
中国科学院半导体物理考研复习总结..docx第一章晶体结构晶格§1晶格相关的基本概念1. 晶体：原子周期排列，有周期性的物质。
2. 晶体结构:原子排列的具体形式。
3. 晶格：典型单元重复^列构成晶格。
4. 晶胞：重复性的周期单元。
5. 晶体学晶胞：反映晶格对称性质的最小单元。
6. 晶格常数:晶体学晶胞各个边的实际长度。
7. 简单晶格&复式晶格:原胞中包含一个原子的为简单晶格，两个或者两个以上的称为复式晶格。
8. 布拉伐格子:体现晶体周期性的格子称为布拉伐格子。
（布拉伐格子的每个格点对应一个原胞,简单晶格的晶格本身和布拉伐格子完全相同；复式晶格每种等价原子都构成^布拉伐格子相同的格子。
）9. 基失：以原胞共顶点三个边做成三个矢虽，（XI ,?2 并以其中一个格点为原点，则布拉伐格子的格点可以表示为aL=Liai +I_2＜X2 +L3CX3。
把ai , ＜12 , ＜X3 称为基矢。
10. 平移歸性:整个晶体按9中定义的矢量at平移，晶格与自身重合，这种特性称为平移对称性。
（在晶体中，一般的物理量者頃有平移对称性）11. 晶向&晶向扌讖：参考教材。
（要理解）12. 晶面&晶面扌談:参考教林（要理解）立方晶系中,若晶向扌讖和晶面扌讖相同则互相垂直。
§2金刚石结构,类金刚石结构（闪锌矿结构）金刚石结构：金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶格,它是由两个面心立方晶格沿立方对称晶胞的体对角线错开1/4长度套构而成。
常见的半导体中Ge , Si , a-Sn （灰锡）者B属于这种晶格。
金刚石结构的特点:每个原子都有四个最邻近原子,它们总是处在i 正四面体的顶点上。
（每个原子所具有的最邻近原子的数目称为配位数）每两个邻近原子都沿一个＜U1＞方向,处于四面体顶点的两个原子连线沿一个＜1丄0＞方向，四面体不共顶点两个棱中点连线沿f 00＞方向。
四血体结构示总图金刚石结构的密排面：｛1,1,1｝晶面的原子都按六方形的方式排列。
半导体物理复习试题及答案复习资料
半导体物理复习试题及答案复习资料一、引言半导体物理是现代电子学中至关重要的一门学科，其涉及电子行为、半导体器件工作原理等内容。
为了帮助大家更好地复习半导体物理，本文整理了一些常见的复习试题及答案，以供大家参考和学习。
二、基础知识题1. 请简述半导体材料相对于导体和绝缘体的特点。
答案：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的导电特性。
与导体相比，半导体的电导率较低，并且在无外界作用下几乎不带电荷。
与绝缘体相比，半导体的电导率较高，但不会随温度显著增加。
2. 什么是本征半导体？请举例说明。
答案：本征半导体是指不掺杂任何杂质的半导体材料。
例如，纯净的硅（Si）和锗（Ge）就是本征半导体。
3. 简述P型半导体和N型半导体的形成原理。
答案：P型半导体形成的原理是在纯净的半导体材料中掺入少量三价元素，如硼（B），使其成为施主原子。
施主原子进入晶格后，会失去一个电子，并在晶格中留下一个空位。
这样就使得电子在晶格中存在的空位，形成了称为“空穴”的正电荷载流子，因此形成了P型半导体。
N型半导体形成的原理是在纯净的半导体材料中掺入少量五价元素，如磷（P）或砷（As），使其成为受主原子。
受主原子进入晶格后，会多出一个电子，并在晶格中留下一个可移动的带负电荷的离子。
这样就使得半导体中存在了大量的自由电子，形成了N型半导体。
4. 简述PN结的形成原理及特性。
答案：PN结是由P型半导体和N型半导体的结合所形成。
P型半导体和N型半导体在接触处发生扩散，形成电子从N区流向P区的过程。
PN结具有单向导电性，即在正向偏置时，电流可以顺利通过；而在反向偏置时，电流几乎无法通过。
三、摩尔斯电子学题1. 使用摩尔斯电子学符号，画出“半导体”的符号。
答案：半导体的摩尔斯电子学符号为“--..-.-.-...-.”2. 根据摩尔斯电子学符号“--.-.--.-.-.-.--.--”，翻译为英文是什么？答案：根据翻译表，该符号翻译为“TRANSISTOR”。
半导体物理基础与器件原理考核试卷
4. 二极管的主要参数包括正向电压和________。
答案：
5. 晶体管的工作状态包括________、饱和和截止。
答案：
6. 场效应晶体管（FET）的输入阻抗比双极型晶体管（BJT）的输入阻抗________。
答案：
7. LED的发光颜色取决于其材料的________。
答案：
8. 太阳能电池的转换效率受到________、材料类型和环境温度等因素的影响。
3. BJT基于电子和空穴的复合与扩散，FET基于电场控制载流子流动。BJT适用于模拟放大，FET适用于数字开关和模拟放大，FET输入阻抗高，开关速度快。
4. 太阳能电池通过光生伏特效应将光能转换为电能。效率受材料类型、表面纹理、环境温度影响。提高效率可通过优化材料、设计表面纹理、使用太阳能跟踪系统等。
11. BD
12. ABCD
13. ABC
14. ABC
15. ABCD
16. ABCD
17. ABC
18. ABCD
19. ABC
20. ABCD
三、填空题
1. 本征
2. 掺杂浓度、温度
3. 反向；正向
4. 反向饱和电流
5. 放大
6. 高
7. 禁带宽度
8. 材料类型、结构设计
9. 光刻胶
10. 与
A. FET有一个栅极，BJT没有
B. BJT有一个基极，FET没有
C. FET的源极和漏极可以互换，BJT不行
D. BJT使用PN结，FET使用金属-半导体结
13. 在MOSFET中，当栅极电压低于阈值电压时，器件处于（ ）状态。
A. 导通
B. 截止
C. 饱和
D. 反向导通
半导体器件物理考试重点
一、选择题
1.半导体材料中最常用的元素是：
A.硅（正确答案）
B.铜
C.铁
D.铝
2.在半导体中，载流子主要包括：
A.电子和质子
B.电子和空穴（正确答案）
C.空穴和离子
D.质子和中子
3.PN结的正向偏置是指：
A.P区接高电位，N区接低电位（正确答案）
B.N区接高电位，P区接低电位
C.P区和N区都接高电位
D.P区和N区都接低电位
4.二极管的正向特性是指：
A.正向电压下，电流随电压指数增长（正确答案）
B.正向电压下，电流随电压线性增长
C.反向电压下，电流随电压指数增长
D.反向电压下，电流保持不变
5.MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）的栅极电压主要控制：
A.源极和漏极之间的电阻（正确答案）
B.源极和栅极之间的电阻
C.漏极和栅极之间的电阻
D.源极、栅极和漏极之间的总电阻
6.在CMOS（互补金属氧化物半导体）逻辑电路中，主要利用的是：
A.二极管的单向导电性
B.MOSFET的开关特性（正确答案）
C.双极型晶体管的放大特性
D.JFET（结型场效应晶体管）的电压控制特性
7.半导体器件中的“阈值电压”是指：
A.使器件开始导电的最小电压（正确答案）
B.使器件达到最大导电能力的电压
C.器件正常工作时的电压范围
D.器件击穿时的电压
8.在半导体存储器中，DRAM（动态随机存取存储器）需要定期刷新是因为：
A.DRAM中的电容会漏电（正确答案）
B.DRAM的访问速度较慢
C.DRAM的存储容量较小
D.DRAM的制造成本较高。
半导体器件物理-复习重点
半导体器件物理-复习重点第一章 PN结1.1 PN结是怎么形成的？耗尽区：正因为空间电荷区内不存在任何可动的电荷，所以该区也称为耗尽区。
空间电荷边缘存在多子浓度梯度，多数载流子便受到了一个扩散力。
在热平衡状态下，电场力与扩散力相互平衡。
p型半导体和n型半导体接触面形成pn结，p区中有大量空穴流向n区并留下负离子，n区中有大量电子流向p区并留下正离子（这部分叫做载流子的扩散），正负离子形成的电场叫做空间电荷区，正离子阻碍电子流走，负离子阻碍空穴流走（这部分叫做载流子的漂移），载流子的扩散与漂移达到动态平衡，所以pn 结不加电压下呈电中性。
1.2 PN结的能带图（平衡和偏压）无外加偏压，处于热平衡状态下，费米能级处处相等且恒定不变。
1.3 内建电势差计算N区导带电子试图进入p区导带时遇到了一个势垒，这个势垒称为内建电势差。
⎪⎪⎭⎫⎝⎛=+=2ln i d a FnFp bi n N N e kT V φφ 1.4 空间电荷区的宽度计算2/1)(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=d a da R bi s N N N N e V V W εn d p a x N x N =1.5 PN 结电容的计算WN N V V N N e C sd a R bida s εε=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=2/1))((2'第二章 PN 结二极管2.1理想PN 结电流模型是什么？ 势垒维持了热平衡。
反偏：n 区相对于p 区电势为正，所以n 区内的费米能级低于p 区内的费米能级，势垒变得更高，阻止了电子与空穴的流动，因此pn 结上基本没有电流流动。
正偏：p 区相对于n 区电势为正，所以p 区内的费米能级低于n 区内的费米能级，势垒变得更低，电场变低了，所以电子与空穴不能分别滞留在n 区与p 区，所以pn 结内就形成了一股由n 区到p 区的电子和p第三章 双极晶体管3.1 双极晶体管的工作原理是什么？3.2 双极晶体管有几种工作模式，哪种是放大模式？ 正向有源，反向有源，截止，饱和。
半导体物理知识点及重点习题总结
半导体物理知识点及重点习题总结半导体物理是现代电子学中的重要领域，涉及到半导体材料的电学、热学和光学等性质，以及半导体器件的工作原理和应用。
本文将对半导体物理的一些重要知识点进行总结，并附带相应的重点习题，以帮助读者更好地理解和掌握相关知识。
一、半导体材料的基本性质1. 半导体材料的能带结构半导体材料的能带结构决定了其电学性质。
一般而言，半导体材料具有禁带宽度，可以分为导带（能量较高）和价带（能量较低）。
能量在禁带内的电子处于被限制的状态，称为束缚态，能量在导带中的电子可以自由移动，称为自由态。
2. 掺杂和杂质掺杂是将少量的杂质原子引入纯净的半导体材料中，以改变其导电性质。
掺入价带原子的称为施主杂质，掺入导带原子的称为受主杂质。
施主杂质会增加导电子数，受主杂质会增加载流子数。
3. P型和N型半导体掺入施主杂质的半导体为P型半导体，施主杂质的电子可轻易地跳出束缚态进入导带，形成载流子。
掺入受主杂质的半导体为N型半导体，受主杂质的空穴可轻易地跳出束缚态进入价带，形成载流子。
二、PN结和二极管1. PN结的形成和特性PN结是P型和N型半导体的结合部分，形成的原因是P型半导体中的空穴与N型半导体中的电子发生复合。
PN结具有整流作用，使得电流在正向偏置时能够通过，而在反向偏置时被阻止。
2. 二极管的工作原理二极管是基于PN结的器件，正向偏置时，在PN结处形成正电压，使得电子流能够通过。
反向偏置时，PN结处形成反电压，使得电流无法通过。
3. 二极管的应用二极管广泛用于整流电路、电压稳压器、振荡器和开关等领域。
三、晶体管和放大器1. 晶体管的结构和工作原理晶体管是一种三端器件，由三个掺杂不同的半导体构成。
其中，NPN型晶体管由N型掺杂的基区夹在两个P型掺杂的发射极和集电极之间构成。
PNP型晶体管的结构与之类似。
晶体管的工作原理基于控制发射极和集电极之间电流的能力。
2. 放大器和放大倍数晶体管可以作为放大器来放大电信号。
(完整版)半导体器件物理试题库
半导体器件试题库常用单位：在室温（T = 300K）时，硅本征载流子的浓度为n i = 1.5×1010/cm3电荷的电量q= 1.6×10-19C µn=1350 cm2/V ⋅s µp=500 cm2/V ⋅sε0=8.854×10-12 F/m一、半导体物理基础部分（一）名词解释题杂质补偿：半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时，施主和受主在导电性能上有互相抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。
非平衡载流子：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度，额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。
迁移率：载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志，即单位电场下的漂移速度。
晶向：晶面：（二）填空题1.根据半导体材料内部原子排列的有序程度，可将固体材料分为、多晶和三种。
2.根据杂质原子在半导体晶格中所处位置，可分为杂质和杂质两种。
3.点缺陷主要分为、和反肖特基缺陷。
4.线缺陷，也称位错，包括、两种。
5.根据能带理论，当半导体获得电子时，能带向弯曲，获得空穴时，能带向弯曲。
6.能向半导体基体提供电子的杂质称为杂质；能向半导体基体提供空穴的杂质称为杂质。
7.对于N 型半导体，根据导带低E C和E F的相对位置，半导体可分为、弱简并和三种。
8.载流子产生定向运动形成电流的两大动力是、。
9.在Si-SiO2系统中，存在、固定电荷、和辐射电离缺陷4 种基本形式的电荷或能态。
10.对于N 型半导体，当掺杂浓度提高时，费米能级分别向移动；对于P 型半导体，当温度升高时，费米能级向移动。
（三）简答题1.什么是有效质量，引入有效质量的意义何在？有效质量与惯性质量的区别是什么？2.说明元素半导体 Si、Ge 中主要掺杂杂质及其作用？3.说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围？4.什么是杂质的补偿，补偿的意义是什么？（四）问答题1．说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同？要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么？（五）计算题1.金刚石结构晶胞的晶格常数为a，计算晶面（100）、（110）的面间距和原子面密度。
半导体器件重要知识点总结
半导体器件重要知识点总结一、半导体基础知识1. 半导体的概念及特性：半导体是指导电性介于导体和绝缘体之间的一类材料。
由于半导体材料的导电性能受温度、光照等外部条件的影响比较大，它可以在不同的条件下表现出不同的导电特性。
半导体材料常见的有硅、锗等。
2. P型半导体和N型半导体：P型半导体是指在半导体材料中掺入了3价元素，如硼、铝等，使其成为带正电荷的空穴主导的半导体材料。
N型半导体是指在半导体材料中掺入了5价元素，如磷、砷等，使其成为自由电子主导的半导体材料。
3. 掺杂：半导体器件在制造过程中一般都要进行掺杂，以改变其导电性能。
掺杂分为N型掺杂和P型掺杂，通过掺杂可以使半导体材料的导电性能得到调控，从而获得所需要的电子特性。
4. pn结：pn结是指将P型半导体和N型半导体直接连接而成的结构，它是构成各类半导体器件的基础之一。
pn结具有整流、发光、光电转换等特性，在各类器件中得到了广泛的应用。
二、半导体器件的基本知识1. 二极管（Diode）：二极管是一种基本的半导体器件，它采用pn结的结构，在正向偏置时可以导通，而在反向偏置时则将电流阻断。
二极管在各类电子电路中具有整流、电压稳定、信号检测等重要作用。
2. 晶体管（Transistor）：晶体管是一种由半导体材料制成的三电极器件，它采用多个pn结的结构，其主要功能是放大信号、开关电路和稳定电路等。
晶体管在各类电子器件中扮演着至关重要的作用，是现代电子技术的重要组成部分。
3. 集成电路（IC）：集成电路是将大量的半导体器件集成在一块半导体芯片上的器件，它可以实现各种功能，如存储、计算、通信等。
集成电路在现代电子技术中已成为了各类电子产品不可或缺的一部分，是现代电子产品的核心之一。
4. MOS场效应管（MOSFET）：MOSFET是一种基于金属-氧化物-半导体的结构的场效应晶体管，它在功率控制、开关电路、放大器等方面有着重要的应用。
MOSFET在各类电源、电动机控制等领域得到了广泛的应用。
电子技术知识点用半导体器件 复习要点
第1章：常用半导体器件-复习要点基本概念: 了解半导体基本知识和PN结的形成及其单向导电性；掌握二极管的伏安特性以及单向导电性特点，理解二极管的主要参数及意义，掌握二极管电路符号;理解硅稳压管的结构和主要参数, 掌握稳压管的电路符号；了解三极管的基本结构和电流放大作用, 理解三极管的特性曲线及工作在放大区、饱和区和截止区特点, 理解三极管的主要参数，掌握NPN型和PNP型三极管的电路符号。
分析依据和方法: 二极管承受正向电压（正偏）二极管导通，承受反向电压（反偏）二极管截止。
稳压管在限流电阻作用下承受反向击穿电流时，稳压管两端电压稳定不变（施加反向电压大于稳定电压，否者，稳压管反向截止）；若稳压管承受正向电压，稳压管导通（与二极管相同）。
理想二极管和理想稳压管：作理想化处理即正向导通电压为零，反向截止电阻无穷大。
三极管工作在放大区: 发射结承受正偏电压; 集电结承受反偏电压;三极管工作在饱和区: 发射结承受正偏电压; 集电结承受正偏电压;三极管工作在截止区: 发射结承受反偏电压; 集电结承受反偏电压;难点：含二极管和稳压管电路分析，三极管三种工作状态判断以及三极管类型、极性和材料的判断。
常用填空题类型:1 •本征半导体中价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，留下一个空位称为空穴, 它们分别带负电和正电，称为载流子。
2. 在本征半导体中掺微量的五价元素，就称为 N 型半导体，其多数载流子是 自由电 子，少数载流子是 空穴，它主要依靠多数载流子导电。
3. 在本征半导体中掺微量的三价元素，就称为P 型半导体，其多数载流子是5穴，少数载流子是自由电子，它主要依靠多数载流子导电。
4. PN 结加正向电压时，有较大的电流通过,其电阻较小，加反向电压时处于截止状态，这就是PN 结的单向导电性。
5. 在半导体二极管中，与P 区相连的电极称为正极或 阳极，与N 区相连的电极称为负极或阴极。
9.三极管IB 、IC 、IE 之间的关系式是(E = IB + IC ), IC/IB 的比值叫直流电流放大系数，△ IC/AIB 的比值叫交流电流放大系数。
《半导体器件及集成电路》考试大纲一、
中国科学院微电子研究所博士研究生入学考试《半导体器件及集成电路》考试大纲一、考试科目基本要求及适用范围本考试大纲适用于中国科学院微电子研究所“微电子学与固体电子学”和“电子与信息”领域的博士研究生入学考试。
半导体器件与集成电路是微电子学与固体电子学、电子工程、半导体器件与物理、集成电路工程等许多学科的基础理论课程。
要求考生熟悉半导体器件的基本原理，掌握集成电路的基本工艺流程和集成方法，并实现灵活应用。
二、考试形式和试卷结构考试采取闭卷笔试形式，考试时间180分钟，总分100分。
试卷结构为：基础必答题占60%，如：概念题、简答题，计算推理题等；综合分析题占40%，设置为灵活题型，报考学生可自主选做。
三、考试内容和要求（一）半导体器件基本概念与基本构件1、p-n结1)熟悉p-n结，耗尽区，载流子漂移、扩散，异质结等基本概念；2)掌握p-n结电流电压特性；3)掌握p-n结击穿类型，了解不同击穿机制的机理差异。
2、金属半导体接触1)熟悉金属-半导体接触的概念与类型，掌握界面态、接触电势差、功函数等基本物理概念；2)理解镜像力、费米能级钉扎效应；3)理解金半接触电流输运过程（热电子发射，隧穿，复合，电子的扩散，空穴的扩散）；4)掌握欧姆接触定义及形成策略。
3、MIS结构1)熟悉MIS结构的高频/低频C-V曲线特性，理解积累、耗尽、平带、反型状态的含义；2)熟悉硅MOS电容的介质陷阱类型，掌握MOS电容界面陷阱和氧化物电荷陷阱的类型和特点。
（二）半导体器件原理与应用1、双极型器件1)掌握双极型器件的基本结构；2)理解双极型器件工作原理与应用，掌握静态I-V特性；2、MOSFET及相关器件1)掌握MOSFET定义、结构、工作原理；2)掌握迁移率、阈值电压、等比例缩小、DIBL、热载流子效应等基本概念；3)掌握MOSFET器件的电流-电压特性，掌握计算方法；4)理解MOSFET器件特性随温度、衬底偏置等因素的变化规律，掌握MOS器件的各种寄生特性；5)理解现代MOS器件的缩减原理与方式，深入理解短沟道效应，掌握短沟道器件与长沟道器件的特性差异；6)了解SRAM、DRAM、Flash等存储器件的基本结构、工作原理；7)了解现代纳米级MOS器件的特点与发展方向，包括结构变化、技术进化、器件原理等；了解新结构MOS器件的引入原理与结构特点，分析SOI与多栅器件的缩减优势，立体多栅器件的设计原则与方法，体硅FinFET、ET-SOI器件特点3、半导体功率器件1)理解双极型功率晶体管的工作原理与静态特性，了解高频小信号、大信号特性；2)了解功率BJT器件结构，输出特性与安全工作区，开关特性及功率损耗；3)了解晶闸管，IGBT器件结构和制造工艺，了解中子嬗变掺杂，表面钝化，结终端保护，超结晶体管的概念；4)了解宽禁带半导体器件的特点，了解其材料优值与制造技术，了解第三代半导体SiC、GaN电力电子器件的最新发展与应用现状4、化合物半导体器件1)熟悉化合物半导体晶格与能带结构，量子效应异质结构，迁移率与载流子散射，理解调制掺杂，异质PN结特性；2)理解HEMT和HBT器件的结构、工作原理和优势，了解器件特性、模型，高频与噪声特性；5、光学器件1)理解半导体发光二极管原理，了解外延生长及能带工程，了解半导体激光器原理及种类；2)熟悉光电探测器的种类、原理及应用；3)熟悉太阳能电池原理及未来发展；了解太阳能电池的设计与实现；（三）集成电路工艺1、熟悉各基本工艺环节，如氧化与扩散工艺、离子注入工艺、光刻工艺、刻蚀工艺、薄膜生长工艺、后道互连工艺的概念、用途，不同实现方式（技术门类），发展现状以及发展趋势；2、CMOS工艺集成技术1)熟悉MOS集成关键工艺模块，包括器件隔离、栅工程、沟道工程、自对准硅化物、欧姆接触等关键技术模块的基本方式与原理；2)掌握MOS集成工艺，包括 NMOS、CMOS集成电路工艺的基本流程，发展历程，关键技术变化等，理解热载流子、闩锁效应及工艺改进方法，了解电容、电阻、电感器件的集成方法；3)熟悉先进CMOS技术，如现代CMOS工艺中沟道应变、高K金属栅等新型关键工艺技术；3、理解微电子封装的基本功能、定义，了解封装技术的最新发展。
《半导体器件物理基础》复习要点V2.1Final
《半导体器件物理基础》复习要点授课教师：李洪涛编辑：徐驰第一章PN结载流子：N型半导体中电子是多数载流子，空穴是少数载流子；P型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。
pn结：指半导体中p区和n区的交界面及两侧很薄的过渡区,由p区和n区共格相连而构成。
多子的扩散运动使空间电荷区变宽，少子的漂移运动使空间电荷区变窄，最终达到动态平衡，Ｉ扩＝Ｉ漂，空间电荷区的宽度达到稳定，即形成ＰＮ结。
突变结：由合金法、分子束外延法制得的pn结，在p区和n区内杂质分布均匀，而在交界面处杂质类型突变。
缓变结：由扩散法制得的p－n结，扩散杂质浓度由表面向内部沿扩散方向逐渐减小，交界面处杂质浓度是渐变的。
施主杂质浓度空间电荷区：ＰＮ结的内部由于正负电荷的相互吸引，使过剩电荷分布在交界面两侧一定的区域内。
电离施主与电离受主都固定在晶格结点上，因此称为“空间电荷区”。
空间电荷区电子浓度公式：n=n i exp((E f-E i)/KT)载流子在pn结区附近的分布：空间电荷区载流子浓度分布则如下图所示：用线性轴则如下图：结区电场、电位分布：耗尽区单位体积带电量相同。
势垒区内电场强度正比于Q1Q2/r2, 中心处电场最强。
所以就有了如下的电场强度分布和电位分布。
耗尽近似：空间电荷区只存在未被中和的带点离子，而不存在自由载流子，或者说自由载流子浓度已减小到耗尽程度，因此ＰＮ结又称为“耗尽层”。
耗尽区因无载流子，可忽略扩散和漂移的运动。
pn结能带图：接触电位差V D：pn结的内建电势差，大小等于空间电荷区靠近p区侧边界处电位与靠近n 区处电位之差。
n、p区掺杂浓度越大（或结区杂质浓度梯度越大）、材料禁带宽度越宽，温度越低，接触电势差越大。
PIN结构：在P区与N区中间加入一层本征半导体构造的晶体二极管。
高低结：n+-n或者p+-p结构的结。
同样有扩散和漂移的平衡，结区也有电场，但结区的载流子浓度介于两侧的浓度之间。
没有单向导电性。
半导体器件原理-中国科学技术大学
第二章 PN结
§2.1 PN结的基本原理 §2.2 耗尽近似和耗尽区 §2.3 PN结的直流IV特性 §2.4 PN结的CV特性 §2.5 PN结的瞬态特性 §2.6 PN结的击穿特性 §2.7 异质结与高低结 §2.8 几种典型二极管的应用
Principle of Semiconductor Devices
2019/11/19
1
中国科学技术大学物理系微电子专业
§2.1 PN结的基本原理
• PN结作为整流、开关及其他用途的器件，同时也 是半导体微波器件及光电器件的基本结构，也是双 极型晶体管、可控硅整流器和场效应晶体管的基本 组成部分。
• PN结最重要的性质是整流效应，即只允许电流一 个方向通过。
• 典型的伏安特性：加正向偏置电压时，电流随偏压 的增加而迅速增大，通常正向偏压<1V。加反向偏 压时，开始时几乎没有电流，反向电压增加时，电 流一直很小。当电压加到一个极限值时，电流突然 增加，这种现象称为结击穿，反向击穿电压大约 10V～10KV，与掺杂及器件其他参数有关。
24
电势分布
中国科学技术大学物理系微电子专业
• X=0处，电场有最大值。
m
qN A
s
xp
qND
s
xn
• 若取x=0处的电势为零，
2019/11/19
(x)
qN A
s
(1 2
x2
xp
x)
xp x 0
(x)
qN D
s
(1 2
x2
xn
x)
0 x xn
半导体物理的知识点及重点习地的题目地总结
半导体物理的知识点及重点习地的题⽬地总结基本概念题：第⼀章半导体电⼦状态1.1 半导体通常是指导电能⼒介于导体和绝缘体之间的材料，其导带在绝对零度时全空，价带全满，禁带宽度较绝缘体的⼩许多。
1.2能带晶体中，电⼦的能量是不连续的，在某些能量区间能级分布是准连续的，在某些区间没有能及分布。
这些区间在能级图中表现为带状，称之为能带。
1.2能带论是半导体物理的理论基础，试简要说明能带论所采⽤的理论⽅法。
答：能带论在以下两个重要近似基础上，给出晶体的势场分布，进⽽给出电⼦的薛定鄂⽅程。
通过该⽅程和周期性边界条件最终给出E-k关系，从⽽系统地建⽴起该理论。
单电⼦近似：将晶体中其它电⼦对某⼀电⼦的库仑作⽤按⼏率分布平均地加以考虑，这样就可把求解晶体中电⼦波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。
绝热近似：近似认为晶格系统与电⼦系统之间没有能量交换，⽽将实际存在的这种交换当作微扰来处理。
1.2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论⽅法答案：克龙尼克—潘纳模型是为分析晶体中电⼦运动状态和E-k关系⽽提出的⼀维晶体的势场分布模型，如下图所⽰VX克龙尼克—潘纳模型的势场分布利⽤该势场模型就可给出⼀维晶体中电⼦所遵守的薛定谔⽅程的具体表达式，进⽽确定波函数并给出E-k关系。
由此得到的能量分布在k空间上是周期函数，⽽且某些能量区间能级是准连续的（被称为允带），另⼀些区间没有电⼦能级（被称为禁带）。
从⽽利⽤量⼦⼒学的⽅法解释了能带现象，因此该模型具有重要的物理意义。
1.2导带与价带1.3有效质量有效质量是在描述晶体中载流⼦运动时引进的物理量。
它概括了周期性势场对载流⼦运动的影响，从⽽使外场⼒与加速度的关系具有⽜顿定律的形式。
其⼤⼩由晶体⾃⾝的E-k关系决定。
1.4本征半导体既⽆杂质有⽆缺陷的理想半导体材料。
1.4空⽳空⽳是为处理价带电⼦导电问题⽽引进的概念。
设想价带中的每个空电⼦状态带有⼀个正的基本电荷，并赋予其与电⼦符号相反、⼤⼩相等的有效质量，这样就引进了⼀个假想的粒⼦，称其为空⽳。
半导体物理与器件(专升本)考试
半导体物理与器件(专升本)考试
半导体物理与器件（专升本）考试的考试重点主要有以下几个方面：
1.半导体物理基础：重点考察半导体材料的晶体结构、能带结构、载流子类型和浓度等基本物理性质，以及热平衡状态下的半导体特性。
2.半导体器件的基本原理：重点考察半导体器件（如二极管、晶体管、集成电路等）的基本工作原理、电流电压特性以及器件的参数和性能指标。
3.半导体器件的应用：重点考察半导体器件在电子电路、集成电路、微电子系统等领域的应用，包括信号放大、开关控制、数字逻辑等。
4.半导体材料与工艺：重点考察半导体材料（如硅、锗、化合物半导体等）的制备工艺、纯度检测、缺陷控制等，以及半导体器件的制造工艺流程和关键技术。
5.半导体测试与可靠性分析：重点考察半导体器件的测试技术、可靠性分析和失效机理，以及提高器件可靠性的方法和技术。
以上是半导体物理与器件（专升本）考试的主要考试重点，考生需要全面掌握相关知识点，同时注重理论联系实际，提高自己的实际应用能力。
半导体物理考试重点 (1)
半导体物理考试重点题型：名词解释3*10=30分；简答题4*5=20分；证明题10*2=20分；计算题15*2=30分一．名词解释1、施主杂志：在半导体中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质。
2、受主杂志：在半导体中电离时，能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心的杂质称为受主杂质。
3、本征半导体：完全不含缺陷且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。
实际半导体不可能绝对地纯净，本征半导体一般是指导电主要由本征激发决定的纯净半导体。
4、多子、少子（1）少子：指少数载流子，是相对于多子而言的。
如在半导体材料中某种载流子占少数，在导电中起到次要作用，则称它为少子。
（2）多子：指多数载流子，是相对于少子而言的。
如在半导体材料中某种载流子占多数，在导电中起到主要作用，则称它为多子。
5、禁带、导带、价带（1）禁带：能带结构中能量密度为0的能量区间。
常用来表示导带与价带之间能量密度为0的能量区间。
（2）导带：对于被电子部分占满的能带，在外电场作用下，电子可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成电流，起导电作用，常称这种能带为导带（3）价带：电子占据了一个能带中的所有的状态，称该能带为满带，最上面的一个满带称为价带6、杂质补偿施主杂质和受主杂质有互相抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。
7、电离能：使多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为电离能8、（1）费米能级:费米能级是绝对零度时电子的最高能级。
（2）受主能级：被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级（3）施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级9、功函数：功函数是指真空电子能级E0 与半导体的费米能级EF 之差。
10、电子亲和能：真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。
11、直/间接复合（1）直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的复合，称为直接复合。
半导体器件复习题与参考答案
第——早1 一个硅p — n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结，a=1019cm -4, n 型一侧为均匀掺-16I FA*J s =1.0*10 A O+ 0.7V 时，I = 49.3 卩 A, —0.7V 时，I = 1.0*10 -16A解:杂，杂质浓度为3X 1014cm 3 * 求零偏压下的总耗尽层宽度、 d 2qax,( X p X0)，在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8卩m 建电势和最大电场强度。
d2dx^qN °,(0X n )(X)d dx qa 2(x 2 S2X p ), X p x 0(X) d dxX n ),° x X nx = 0处E 连续得x =1.07 卩 m x 总=X n +X p =1.87 卩m 0E(x)dxV bi X n 0 E(x)dx 0.516V E maxx p )4.82 1 05V/m,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。
J SqD p P no qD n n p° L pL n3对于理想的硅p +-n 突变结，1016cm —3,在1V 正向偏压下，求n 型中性区存 贮的少数载流子总量。
设n 型中性区的长度为1卩m 空穴扩散长度为5卩m 。
解：P +>>n,正向注入：d2(Pn2Pno) Pn2Pn00,得:dxL p *W n X 、 sinh()L P 1)- -K/W ngsinh()L PQ qA Wn (P n P n0)dx 5.289 1020Axn4 一个硅p +-n 单边突变结，2= 1015cm 3,求击穿时的耗尽层宽度，若 n 区减小 到5卩m 计算此时击穿电压n 区减少至U 5 卩 m 时，VB=[1（xmB2W ）]V B 143.9VxmB第三章1 一个p +-n-p 晶体管，其发射区、基区、集电区的杂质浓度分别是5X 1018,1016, 1015cm 「3，基区宽度VB 为1.0卩m 器件截面积为3m“当发射区一基区 结上的正向偏压为0.5V,集电区一基区结上反向偏压为 5V 时，计算（a ）中性 基区宽度，（b ）发射区一基区结的少数载流子浓度，（c ）基区的少数载流子电 荷。
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《半导体器件原理》课程复习提纲
2017.12
基础：半导体物理、半导体器件的基本概念、物理效应。
重点：PN结、金半结、双极型晶体管、JFET、MESFET、MOSFET。
根据物理效应、物理方程、实验修正等，理解半导体器件的工作原理和特性曲线，掌握器件的工作方程和各种修正效应，了解器件的参数意义，能够进行器件设计、优化、应用、仿真与建模等。
第一章：半导体物理基础
主要内容包括半导体材料、半导体能带、本征载流子浓度、非本征载流子、本征与掺杂半导体、施主与受主、漂移扩散模型、载流子输运现象、平衡与非平衡载流子。
半导体物理有关的基本概念，质量作用定律，热平衡与非平衡、漂移、扩散，载流子的注入、产生和复合过程，描述载流子输
运现象的连续性方程和泊松方程。
（不作考试要求）
第二章：p－n结
主要内容包括热平衡下的p－n结，空间电荷区、耗尽区（耗尽层）、内建电场等概念，p－n结的瞬态特性，结击穿，异质结与高低结。
耗尽近似条件，空间电荷区、耗尽区（耗尽层）、内建电势等概念，讨论pn结主要以突变结（包括单边突变结）和线性缓变结为例，电荷分布和电场分布，耗尽区宽度，势垒电容和扩散电容的概念、定义，直流特性：理想二极管IV方程的推导；
对于考虑产生复合效应、大注入效应、温度效应对直流伏安特性的简单修正。
PN的瞬态特性，利用电荷控制模型近似计算瞬变时间。
结击穿机制主要包括热电击穿、隧道击穿和雪崩击穿。
要求掌握隧道效应和碰撞电离雪崩倍增的概念，雪崩击穿条件，雪崩击穿电压、临界击穿电场及穿通电压的概念，异质结的结构及概念，异质结的输运电流模型。
高低结的特性。
第三章：双极型晶体管
主要内容包括基本原理，直流特性，频率响应，开关特性，异质结晶体管。
晶体管放大原理，端电流的组成，电流增益的概念以及提高电流增益的原则和方法。
理性晶体管的伏安特性，工作状态的判定，输入输出特性曲线分析，对理想特性的简单修正，缓变基区的少子分布计算，基区扩展电阻和发射极电流集边效应，基区宽度调制，基区展宽效应，雪崩倍增效应，基区穿通效应，产生复合电流和大注入效应，晶体管的物理模型E－M模型和电路模型G－P 模型。
跨导和输入电导参数，低频小信号等效电路和高频等效电路，频率参数，包括共基极截止频率fα和共射极截止频率fβ的定义，特征频率f T的定义，频率功率的限制，其中少子渡越基区时间，提高频率特性的主要措施。
开关特性的参数定义，开关时间的定义和开关过程的描述，利用电荷控制方程简单计算开关时间。
开关晶体管中最重要的参数是少子寿命。
异质结双极型晶体管的结构及优点。
第四章：单极型器件
主要内容包括金半接触，肖特基势垒二极管，结型场效应晶体管，肖特基栅场效应晶体管，异质结MESFET。
金半接触包括肖特基势垒接触和欧姆接触，肖特基势垒高度，及它与内建电势的关系，可以把它看成单边突变结进行计算，肖特基效应，肖特基势垒二极管SBD的伏安特性。
欧姆接触以及影响接触电阻的因素。
结型场效应晶体管（JFET）的工作原理，伏安特性，使用缓变沟道近似模型等理想条件，伏安特性分为线性区和饱和区，分别定义了沟道电导（漏电导）和跨导。
输出特性和转移特性曲线，直流参数，包括夹断电压V P，饱和漏极电流I DSS，沟道电阻，漏源击穿电压BV DS的定义及计算。
简单理论的修正，利用电荷控制法分析沟道杂质任意分布对器件伏安特性的影响，高场迁移率对器件伏安特性的影响。
交流小信号等效电路和高频等效电路，频率参数，特征（截止）频率f T的定义及计算，最高振荡频率f m的定义。
肖特基栅场效应晶体管（MESFET）的工作原理与JFET相同，只不过用肖特基势垒代替pn结，MESFET的分类，伏安特性，沟道电导（漏电导）和跨导的概念，夹断电压和阈值电压的概念和计算。
交流小信号等效电路，特征截止频率的定义，提高MESFET输出功率的一些主要措施，MESFET的建模，包括I－V、C－V、SPICE模型。
异质结MESFET。
第五章：MOS器件
主要内容包括MOS结构，MOS二极管，MOS场效应晶体管，MOS 器件与双极晶体管的比较。
MOS结构基本理论，平带电压V FB，表面势，费米势的定义，表面状态出现平带、积累、耗尽反型情况。
MOS器件表面强反型的判定条件。
MOSFET的基本结构和工作原理，分类。
阈值电压的定义及计算。
直流伏安特性方程，弱反型（亚阈值）区的伏安特性，输出特性和转移特性曲线，直流参数，包括饱和漏源电流I DSS，截止漏电流，导通电阻，导电因子。
交流小信号等效电路和高频等效电路，低频小信号参数，包括栅跨导的定义，以及栅源电压、漏源电压和串联电阻R S、R D对跨导的影响，提高跨导（增大β因子）的方法；衬底跨导，非饱和区漏电导，饱和区漏电导不为零主要由于沟道长度调制效应和漏感应源势垒降低效应（DIBL效应）。
频率特性主要掌握跨导截止频率ωgm和特征截止频率f T的定义，以及提高频率特性的途径。
了解MOSFET的功率特性（高频功率增益、输出功率和耗散功率）和功率结构，以及击穿特性的主要击穿机理：漏源击穿（漏衬底雪崩击穿、沟道雪崩击穿和势垒穿通）和栅绝缘层击穿。
开关特性，主要以增强型P型MOSFET 倒相器为例，定义了开关时间，包括截止关闭时间和导通开启时间，引入MOSFET对地等效电容C GND,通过对C GND的充放电时间进行开关时间的简单计算。
讨论了CMOS结构（CMOS器件）的基本工作原理和优点，简单介绍了CMOS工艺，分析了CMOS
结构的VTC曲线、上升下降时间和闩锁效应（寄生双极型晶体管效应），温度特性主要掌握迁移率和阈值电压与温度的关系。
MOS器件的短沟道效应（SCE）的物理起因和具体表现现象，包括阈值电压漂移、速度饱和效应、热电子效应(热载流子效应HCE）、寄生双极型晶体管效应等，造成器件的性能退化、可靠性下降问题。
最后讨论了MOS器件小型化的规则，对于短沟道MOSFET保持长沟道特性的两个判定标准，恒定电场/恒定电压按比例缩小原则及存在一定的限制，更多的使用具有长沟道特性的最小沟道长度的经验公式进行设计。
第六章：新型半导体器件简介
主要内容包括现代MOS器件，CCD器件、存储器、纳米器件，功率器件，微波器件，光电子器件，量子器件等。
（不作考试要求）
复习思考题
1．基本概念
空间电荷区、耗尽近似条件、隧道效应、雪崩倍增效应、电流增益、特征截止频率、基区渡越时间、沟道渡越时间、厄尔利效应，开关时间、夹断电压、跨导、亚阈值电流、长沟道器件、缓变沟道近似模型、短沟道效应
2．理想PN结的IV特性、CV特性、瞬态特性、击穿特性
3．实际PN结与理想PN结相比有哪些修正效应
4．利用PN结特性制作的一些典型应用器件
5．肖特基势垒二极管与PN结二极管的异同之处
6．双极型晶体管放大作用工作原理及四种工作状态
7．推导双极晶体管缓变基区自建电场和基区少子分布
8．双极晶体管的修正效应：基区扩展电阻效应（发射极电流集边效应），Early效应（基区宽度调制效应）、Kirk效应（基区展宽效应），产生复合效应，大注入效应
9．双极晶体管的频率参数及频率响应的基本限制
10．开关晶体管的开关时间定义及描述
11．金属半导体接触类型与特点，具体用途
12．利用缓变沟道近似模型计算JFET（MESFET）I-V特性
13．计算实际MOS器件阈值电压
14．MOSFET的IV特性方程及其修正效应
15．饱和夹断、截止夹断、穿通夹断的区别
16．CMOS电路结构和特点
17．短沟道效应中速度饱和效应、DIBL效应、热载流子效应等18．BJT、MESFET（JFET）、MOSFET工作原理的异同点及优缺点
《半导体器件原理》考试安排
1. 考试安排（/~xujung）
考试时间：12月27日周三下午2：00-4：00
考试地点：5102教室
考试方式：开卷
注意事项：需要计算器
2. 考试成绩
总评成绩以百分制计算，由小论文成绩和期末考试成绩两部分组成。
小论文调研占40%，期末考试卷面成绩占60%。
4. 考试范围与题型
复习提纲、PPT内容；
名词概念、分析、计算、综合等。
难忘您的谆谆教诲，那是一盏明灯;
难忘您的温暖关怀，那是一弯明月;
难忘您的细心讲解，那是一份情意;
难忘您的积极乐观，那是一种力量。
默默奉献，您的品德，怎一个“高”字了得;
诲人不倦，您的恩情，怎一个“深”字了得;
桃李天下，您的精神，怎一个“伟”字了得;
元旦到，愿您健康快乐，怎一个“福”字了得!
一个平凡的岗位，却肩负着教书育人的千秋重任；一份普通的职业，却铺开了莘莘学子的锦绣前程；老师，神圣的名字。
元旦里，送上我最真心的祝愿。