《半导体器件》课程复习提纲
(整理)半导体器件物理复习纲领
第一章1试画出金属及半导体相对真空能级的能带图，并标出有关电势符号加以说明？2当金属－半导体紧密接触以后，如何建立统一的费米能级E f？说明Фb＝Φm－Χs的物理意义是什么？3说明公式qΦs＝qΧs＋q（E c－E f）的物理意义？4什么是“肖特基势垒”？写出其表达式？它是对什么区域电子而言？5金属－半导体结的正偏如何？6金属－半导体结的反偏特性如何？7肖特基势垒qΦb是金半结什么偏置下建立的？8金半的1/c2～(V R+Φ0)曲线是什么原理制作？9金半1/c2～V曲线有何应用？10什么是界面态？11表面态对E0<E f及E0>E f时对金半自建场有何影响？12试简述金半I－V的电流输运理论？13从热电子发射出发说明dn=N(c)·f(E)·dE的物理意义？14试简述热电子发射理论求得的电流方程式I0=ART2exp(-ｑΦm/KT)是如何建立的？15有金属－真空系统推倒的电流公式可用于M－S结吗？16写出金半的正偏、反偏及总的电流表达式？17如何从S－M结上的I－V特性曲线求I0及Φb?18什么是镜像力？它对电势有何影响？19在M－S结中镜像力对金属的势垒有何影响？20在M－S结的反偏时，其实际值与理论值差异是如何形成的？写出修正式？21试画出MIS结的能带图，并说明MIS对半导体势垒的影响？22MIS二极管的传导电流何种特性？写出其电流表达式？23MIS的氧化层对载流子有何影响？24什么是SBD二极管？有何特点？举例IC及高频方面的应用？25什么是欧姆接触（非整流的MS结）？26画出N型半导体或P型半导体形成欧姆接触能带图，并作说明。
27为什么说实际欧姆接触仅是一种近似？电流机制是什么？28获得良好的欧姆接触的工艺措施是什么？29SBD二极管“周边效应”有何影响？30SBD二极管的改进结构如何？31什么是异质结？第二章1什么是PN结？什么是平衡PN结？2画出平衡PN结的能带图，并说明PN结平衡的标志是什么？3平衡结的空间电荷区是如何建立的，作图说明。
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。
1.4 空间电荷区的宽度计算n d p a x N x N =1.5 PN 结电容的计算第二章 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区到n 区的空穴。
电荷的流动在pn 结内形成了一股电流。
过剩少子电子：正偏电压降低了势垒，这样就使得n 区内的多子可以穿过耗尽区而注入到p 区内，注入的电子增加了p 区少子电子的浓度。
2.2 少数载流子分布（边界条件和近似分布） 2.3 理想PN 结电流⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛=1exp kT eV J J a s⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=002011p p d n n a inp n pn p s D N D N en L n eD L p eD J ττ2.4 PN 结二极管的等效电路（扩散电阻和扩散电容的概念）？扩散电阻：在二极管外加直流正偏电压，再在直流上加一个小的低频正弦电压，则直流之上就产生了个叠加小信号正弦电流，正弦电压与正弦电流就产生了个增量电阻，即扩散电阻。
半导体复习提纲
第一章、第二章1.能带理论的基本假定是什么？①绝热近似：离子的波函数与电子的位置及状态无关。
多粒子问题→多电子问题。
②平均场近似：忽略电子和电子件的相互作用，用平均场代替电子与电子间的相互作用。
③周期场近似：单电子问题→单电子在周期场中运动的问题。
2.用能带理论解释绝缘体半导体和金属的导电性固体能够导电是固体中的电子在外场作用下做定向运动的结果.从能带理论看,是电子从一个能级跃迁到另一个能级上去。
对于满带（价带）,其中能级已被电子占满,在外电场的作用下满带中的电子并不形成电流,对导电没有贡献。
对于被电子部分占满的能带，在外电场的作用下，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，形成了电流，起导电作用，我们称之为导带。
金属：由于组成金属的原子中的价电子占据的能级是部分占满的，在外电场作用下，电子可以吸收能量跃迁到违背电子占据的能级，所以金属是良好的导体。
绝缘体和半导体类似，下面都是已被电子占满的满带（价带），中间是禁带，上面是空带（导带），所以在热力学零度时，在外电场的作用下并不导电。
当外界条件变化时，就有少量电子被激发到空带上去，使能带处于几乎为满或几乎为空的状态，在半导体中，价带顶产生的空的量子状态也称为空穴，相当于正电荷的导电作用，电子和空穴在外场作用下就会参与导电。
而绝缘体只是禁带宽度太大，激发电子需要很大的能量，在通常温度下，激发上去的电子很小，导电性差。
3.解释直接带隙和间接带隙半导体直接带隙：导带最底边和价带最顶边处于K空间的相同点的半导体，跃迁只吸收能量。
性质：跃迁时电子波矢不变，动量守恒，直接复合（不需声子接受或提供能量），载流子寿命短，发光效率高。
间接带隙：导带边和价带边处于K空间不同点，形成半满带不止吸收能量还要改变动量。
性质：大几率将能量释放给晶格转化为声子，变成热能释放掉。
4.什么是施主杂质，受主杂质？施主杂质：V族杂质在硅、锗中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称他们为施主杂质会n型杂质；受主杂质：III族杂质在硅、锗中电离时，能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心，称他们为受主杂质会p型杂质。
半导体器件复习.
2.组成开关电路及工作原理
〔a〕当be间加上正向电压，cb间加上 反向电压时，三个电极将产生图示方向 的三个电流IB、IC、IE。
IB
VBB VBE Rb
IC=IB
VCE=VCC-ICRc
IE=IC+IB
当Rb↓ IB↑ IC↑ ICRc↑ VCE↓ 0.7V
〔b〕当IB足够大时，三极管可以作开关 运用，其等效电路如图：
输出特性分为三个工作区： 可变电阻区、放大区和夹断区
增加型NMOS管转移特性和输出特性 UT 2V ID0 50A
〔a〕可变电阻区
需要满足的条件是：
U G SU T,U D S U G S U T
此时，沟道未预夹断，沟道较宽， 用一个体电阻等效。
R UI DS
DS
UGSCon.st D
〔b〕放大区 〔恒流区、饱和区〕 工作条件：
三、场效应管的构造、特点与参数
场效应晶体管是电压掌握电流型器件。其工 作电流主要由多数载流子的漂移运动形成， 故又称为单极型晶体管。 依据构造和制造工艺的不同，场效应管分为 两大类：
结型场效应管〔J－FET〕 绝缘栅场效应管〔MOS－FET〕
场效应管的分类：
增强型
N 型 FET
MOSFET
当正极电压高于负极，二极管就 导电，相当于开关闭合，二极管两端 压降为0；当正极电压低于负极，二极 管截止，相当于开关断开。
3. 组成“与”门电路
VA VB DA DB VO 0 0 导电 导电 0 0 3 导电 截止 0 3 0 截止 导电 0 3 3 导电 导电 3
A BO 0 00 0 10 1 00 111
放射结正向偏置，集电结反向偏置—三极 管于放大状态
半导体器件复习
《半导体器件》课程复习提纲2014-1-8基础：半导体物理基本概念、物理效应，p－n结。
重点：双极型晶体管、JFET、GaAs MESFET、MOSFET。
了解：材料物理参数、器件直流参数和频率参数的意义。
根据物理效应、重要方程、实验修正，理解半导体器件工作原理和特性，进行器件设计、优化、仿真与建模。
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。
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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。
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35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
半导体复习提纲（精选）
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
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半导体物理学复习提纲(重点)教学提纲
第一章 半导体中的电子状态§1.1 锗和硅的晶体结构特征 金刚石结构的基本特征§1.2 半导体中的电子状态和能带 电子共有化运动概念绝缘体、半导体和导体的能带特征。
几种常用半导体的禁带宽度； 本征激发的概念§1.3 半导体中电子的运动 有效质量导带底和价带顶附近的E(k)~k 关系()()2*2nk E k E m 2h -0=； 半导体中电子的平均速度dEv hdk=； 有效质量的公式：222*11dk Ed h m n =。
§1.4本征半导体的导电机构 空穴空穴的特征：带正电；p n m m **=-；n p E E =-；p n k k =-§1.5 回旋共振§1.6 硅和锗的能带结构 导带底的位置、个数； 重空穴带、轻空穴第二章 半导体中杂质和缺陷能级§2.1 硅、锗晶体中的杂质能级基本概念：施主杂质，受主杂质，杂质的电离能，杂质的补偿作用。
§2.2 Ⅲ—Ⅴ族化合物中的杂质能级 杂质的双性行为第三章 半导体中载流子的统计分布热平衡载流子概念§3.1状态密度定义式：()/g E dz dE =；导带底附近的状态密度：()()3/2*1/232()4ncc m g E VE E h π=-；价带顶附近的状态密度：()()3/2*1/232()4p v Vm g E V E E hπ=-§3.2 费米能级和载流子的浓度统计分布 Fermi 分布函数：()01()1exp /F f E E E k T =+-⎡⎤⎣⎦；Fermi 能级的意义：它和温度、半导体材料的导电类型、杂质的含量以及能量零点的选取有关。
1）将半导体中大量的电子看成一个热力学系统，费米能级F E 是系统的化学势；2）F E 可看成量子态是否被电子占据的一个界限。
3）F E 的位置比较直观地标志了电子占据量子态的情况，通常就说费米能级标志了电子填充能级的水平。
半导体物理学复习提纲（重点）
半导体物理学复习提纲（重点）第一章半导体中的电子状态§1.1锗和硅的晶体结构特征金刚石结构的基本特征§1.2半导体中的电子状态和能带电子共有化运动概念绝缘体、半导体和导体的能带特征。
几种常用半导体的禁带宽度；本征激发的概念§1.3半导体中电子的运动有效质量E(k)~k 关系Ek h 2k 2 导带底和价带顶附近的 -E0= * ； 2m n 半导体中电子的平均速度 v dE ；hdk 1 1 2有效质量的公式： dE* 2 2。
m n h dk §1.4本征半导体的导电机构空穴空穴的特征：带正电；m pm n ；E nE p ；k pk n§1.5回旋共振§1.6硅和锗的能带结构导带底的位置、个数；重空穴带、轻空穴第二章半导体中杂质和缺陷能级§2.1 硅、锗晶体中的杂质能级基本概念：施主杂质，受主杂质，杂质的电离能，杂质的补偿作用。
§2.2Ⅲ—Ⅴ族化合物中的杂质能级杂质的双性行为第三章半导体中载流子的统计分布热平衡载流子概念§3.1状态密度定义式：g(E) dz/dE ；*3/2导带底附近的状态密度：2m n1/2 g c(E) 4 V 3 E Ec；h2m*p3/2价带顶附近的状态密度：1/2 g v(E) 4 V3E V Eh§3.2费米能级和载流子的浓度统计分布Fermi分布函数：f(E)1；1exp EE F/k0TFermi能级的意义：它和温度、半导体材料的导电类型、杂质的含量以及能量零点的选取有关。
1）将半导体中大量的电子看成一个热力学系统，费米能级E F是系统的化学势；2）E F可看成量子态是否被电子占据的一个界限。
3）E F的位置比较直观地标志了电子占据量子态的情况，通常就说费米能级标志了电子填充能级的水平。
费米能级位置较高，说明有较多的能量较高的量子态上有电子。
E E Fk0TBoltzmann分布函数：fB(E)e ；导带底、价带顶载流子浓度表达式：E cn0f B(E)g c(E)dEE c* 3 2n0N cE F E c，N c2 m n kT导带底有效状态密度exp 2h3k0T32p0N vE v E FN v2 m p k0Texpk0T， 2 3 价带顶有效状态密度h载流子浓度的乘积n0p0N C N V exp E C E V N C N V expE g的适用范围。
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4•导出NPN缓变基区晶体管：
1）基区的缓变杂质分布引入的自建电场:
2）基区内电子分布（3-55）：
3）电流（3-56）：
4）基区输运因子（3-59）：
解:1•教材P112-113推导
2•学习指导
5.利用和Z间的关系证明：o
证明：
比较，有：
06.根据基区电荷控制方程导出：（3-98）。
解：详见学习指导
%1.《半导体器件物理学习指导》孟庆巨编 吉林大学国家精品课程 网站一半导体器件物理
四•学生作业
五…历年期末试题
六.历年吉林大学微电了学与固体电了学专业攻读硕士学位研究生入 学试题及复试试题
第二章PN结
一.基本概念与问题解释(37个)
PN结同质结异质结O同型结O异型结O高低结金属-半导体结 突变结线性缓变结单边突变结空间电荷区中性区耗尽区耗尽 近似势垒区少子扩散区扩散近似正向注入反向抽取正偏复合 电流反偏产牛电流隧道电流产纶隧道电流的条件隧道二极管的 主要特点过渡电容(耗尽层电容)扩散电容等效电路反向瞬变 电荷贮存贮存电荷隧道击穿雪崩击穿 临界电场雪崩倍增因子 雪崩击穿判据
※乞导出基区穿通电压
解：见学习指导
三重要图、表（8个）
1.画出图3.6并根据图3-6说明BJT的放大作用。
解:教材P98-99
2.画出BJT电流分量示意图3.7,写出各极电流及极电流之间关系公 式。（3T）~ （3-4）。
解：教材P100
3.解释图3.13中的电流增益随集电极电流的变化。
解答：1•学习指导
2.学生作业
2-19（补）解答:学生作业。
五更高能力考察问题（3个）
1.利用少子分布示意图2-22定性解释PN结反向瞬变现象。
半导体复习提纲
第一章半导体中的电子(diànzǐ)状态1半导体的三种(sān zhǒnɡ)结构：金刚石型（硅和锗）闪锌矿型（Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料(cáiliào)以及部分Ⅱ-Ⅵ族化合物如GaAs, InP, AlAs ，纤矿型（Ⅱ-Ⅵ族二元化合物半导体ZnS、ZnSe、CdS、CdSe）.结晶学原胞是立方(lìfāng)对称的晶胞。
2电子(diànzǐ)共有化运动：当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内外各电子壳层出现交叠，电子可由一个原子转移到相邻的原子，因此，电子可以在整个晶体中运动，称为电子的共有化运动。
由于内外壳层交叠程度很不相同，所以，只有最外层电子的共有化运动才显著。
3有效质量：将晶体中电子的加速度与外加的作用力联系起来，并且包含了晶体中的内力作用效果。
有效质量的物理意义：把晶体周期性势场的作用概括到电子的有效质量中去，使得在引入有效质量之后，就可把运动复杂的晶体电子看作为简单的自由电子。
有效质量的正负与位置有关。
大小由共有化运动的强弱有关。
引入有效质量的用处：使讨论晶体电子运动时，问题变得很简单，否则几乎不可能。
4回旋共振就是当半导体中的载流子在一定的恒定磁场和高频电场同时作用下会发生抗磁共振的现象。
该方法可直接测量出半导体中载流子的有效质量，并从而可求得能带极值附近的能带结构。
（母的）要样品纯度更高，在低温。
5直接带隙半导体材料：导带最小值(导带底)和满带最大值相应于相同的波矢k0间接带隙半导体材料：导带最小值(导带底)和满带最大值在k空间中不同位置 . 硅、锗与砷化镓的区别：硅锗为间接带隙半导体；砷化镓是直接带隙半导体。
砷化镓的禁带宽度大，E。
-1.43eV，宽于硅，更宽于锗，因此砷化镓半导体器件能在远高于硅半导体器件工作温度、更高于锗半导体器件工作温度的450℃下正常工作；其pn结的反向电压高，反向饱和电流低，适用于制作大功率半导体器件；能够引入深能级的杂质，制成体电阻率比锗和硅高出三个数量级以上的集成电路衬底。
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② 漂移：在外电场作用下载流子的定向运动称为漂移运动。 扩散：载流子从高浓度的区域移往低浓度的区域的运动。
③ 量子隧穿：两个隔离的半导体样品彼此接近时，势垒高qV0 等于电子亲和力qχ，当距离足够小，即使电子的能量远小于 势垒高，在左边半导体的电子亦可能会跨过势垒输运，并移 至右边的半导体。这个过程称为隧穿。
➢MOSFET的阈值电压与哪些因素有关？ 固定氧化层电荷，功函数差，栅极材料，氧化层厚度，衬底偏 压，沉底掺杂。 ➢半导体存储器的详细分类是怎样的？日常使用的U盘属于哪种 类型的存储器，画出其基本单元的结构示意图，并简要说明其 工作原理。 详细分类：挥发性—动态随机存储器和静态随机存储器。
非挥发性—电源关闭时保留信息。U盘属于非挥发性 的画快出闪不存同储偏器压。下，金属与n型半导体接触的能带图。
➢MOSFET中的沟道是多子积累、弱反型还是强反型？强反型的判 据是什么？ MOS的沟道是强反型，判断依据是表面耗尽区的宽度将达到最大 值。 ➢实际MOS二极管中哪些因素导致其偏离理想情况？ 固定氧化层电荷，扩散电流，界面陷阱，功函数差，反向漏电流， 杂质分布，迁移率等。 ➢当VG大于VT且保持不变时，画出增强型MOSFET的I-V曲线，并 画出在线性区、非线性区和饱和区时的沟道形状。
② 漂移：在外电场作用下载流子的定向运动称为漂移运动。 扩散：载流子从高浓度的区域移往低浓度的区域的运动。
③ 量子隧穿：两个隔离的半导体样品彼此接近时，势垒高qV0 等于电子亲和力qχ，当距离足够小，即使电子的能量远小于 势垒高，在左边半导体的电子亦可能会跨过势垒输运，并移 至右边的半导体。这个过程称为隧穿。
最新半导体器件物理复习纲领
半导体器件物理复习纲领第一章1试画出金属及半导体相对真空能级的能带图，并标出有关电势符号加以说明？2当金属－半导体紧密接触以后，如何建立统一的费米能级E f？说明Фb＝Φm－Χs的物理意义是什么？3说明公式qΦs＝qΧs＋q（E c－E f）的物理意义？4什么是“肖特基势垒”？写出其表达式？它是对什么区域电子而言？5金属－半导体结的正偏如何？6金属－半导体结的反偏特性如何？7肖特基势垒qΦb是金半结什么偏置下建立的？8金半的1/c2～(V R+Φ0)曲线是什么原理制作？9金半1/c2～V曲线有何应用？10什么是界面态？11表面态对E0<E f及 E0>E f时对金半自建场有何影响？12试简述金半I－V的电流输运理论？13从热电子发射出发说明dn=N(c)·f(E)·dE的物理意义？14试简述热电子发射理论求得的电流方程式I0=ART2exp(-ｑΦm/KT)是如何建立的？15有金属－真空系统推倒的电流公式可用于M－S结吗？16写出金半的正偏、反偏及总的电流表达式？17如何从S－M结上的I－V特性曲线求I0及Φb?18什么是镜像力？它对电势有何影响？19在M－S结中镜像力对金属的势垒有何影响？20在M－S结的反偏时，其实际值与理论值差异是如何形成的？写出修正式？21试画出MIS结的能带图，并说明MIS对半导体势垒的影响？22MIS二极管的传导电流何种特性？写出其电流表达式？23MIS的氧化层对载流子有何影响？24什么是SBD二极管？有何特点？举例IC及高频方面的应用？25什么是欧姆接触（非整流的MS结）？26画出N型半导体或P型半导体形成欧姆接触能带图，并作说明。
27为什么说实际欧姆接触仅是一种近似？电流机制是什么？28获得良好的欧姆接触的工艺措施是什么？29SBD二极管“周边效应”有何影响？30SBD二极管的改进结构如何？31什么是异质结？第二章1什么是PN结？什么是平衡PN结？2画出平衡PN结的能带图，并说明PN结平衡的标志是什么？3平衡结的空间电荷区是如何建立的，作图说明。
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》总结复习
为什么金属与重掺杂半导体接触可以形成 欧姆接触？
第5章
基本概念 场效应 单极器件(unipolar devices) 沟道 夹断 夹断电压 内夹断电压 漏极导纳 跨 导 栅极总电容 截止频率 沟道长度调制效 应 问题解释 与JFET相比MESFET有哪些特点？ 什么是增强型和耗尽型JFET？
半导体器件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ复习
第2章
基本概念 PN结 同质结 异质结 ○同型结 ○异型结 ○高 低结 金属-半导体结突变结 线性缓变结 单边 突变结 空间电荷区 中性区 耗尽区 耗尽近似 势垒区 少子扩散区 扩散近似 正向注入 反向 抽取 正偏复合电流 反偏产生电流 隧道电流 产生隧道电流的条件 隧道二极管的主要特点 过渡电容(耗尽层电容) 扩散电容 等效电路 反向瞬变 电荷贮存 贮存电荷 隧道击穿 雪崩 击穿 临界电场 雪崩倍增因子 雪崩击穿判据
问题解释 利用热平衡费米能级恒定的观点分析PN结空 间电荷区的形成。 从载流子扩散与漂移的角度分析PN结空间电 荷区的形成。 根据载流子扩散与漂移的观点分析PN结的单 向导电性。 写出边界条件公式（2-2-11），（2-2-12）， 说明PN结的正向注入和反向抽取作用。
第3章
基本概念 发射极注射效率 基区输运因子 共基极直流 电流增益 共发射极电流增益 共基极截止 频率 共发射极截止频率 增益带宽乘积 电流集聚效应 基区宽度调变效应（Early 效应） 基区渡越时间 科尔克（Kirk）效 应 输入导纳 跨导 根梅尔（Gummel）数 穿通击穿
第6章
基本概念 理想MOS结构的基本假设 ○载流子积累 ○载 流子耗尽 ○载流子反型 沟道电荷 ○表 面电容 沟道电导 阈值电压 线性导纳 跨 导
问解释题 MOS结构存在哪些氧化层电荷和界面陷阱电荷？ 简述它们的基本属性。 写出实际阈值电压的表达式并说明各项的物 理意义。
《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。
半导体器件的基础知识概要
{ 结型 〔JFET〕 绝缘栅型 〔MOSFET〕
1.3 场效晶体管
结型场效晶体管
1．符号和分类 结型场效晶体管的电路符 号和外形如下图。 三个电极：漏极〔D〕， 源极〔S〕和栅极〔G〕，D 和 S 可交换使用，电路符号 和外形如下图。。 结型场效晶体管可分为 P 沟道和 N 沟道两种，在电路符 号中用箭头加以区分。
先调整 RP1，使 IB 为肯定值，再调整 RP2 得到不同的VCE、 IC。
1.2 半导体三极管
输出特性曲线
1.2 半导体三极管
输出特性曲线族可分三个区： 〔1〕截止区 条件：放射结反偏或两端电压为零。 特点： IB = 0，IC = ICEO 。 〔2〕放大区 条件：放射结正偏，集电结反偏。
1.2 半导体三极管
② 假设为 NPN 型三极管，将黑红表笔分别接另两个引 脚，用手指捏住基极和假设的集电极，观看表针摇摆。再将 假设的集电极和放射极互换，按上述方法重测。比较两次表 针摆幅，摆幅较大的一次黑表笔所接的管脚为集电极，红表 笔所接的管脚为放射极。
③ 假设为 PNP 型三极管，只要将红表笔和黑表笔对换 再按上述方法测试即可。
点接触型：PN 结接触面小，适宜在 小电流状态下使用。
面接触型、平面型：PN 结接触面大，截流量大，适合 于大电流场合中使用。
1.1 半导体二极管
2．二极管的特性
伏安特性：二极 管的导电性能由加在 二极管两端的电压和 流过二极管的电流来 打算，这两者之间的 关系称为二极管的伏 安特性。硅二极管的 伏安特性曲线如下图。
1.2 半导体三极管
2．推断三极管的好坏 〔1〕万用表置于“R 1 k ”挡或 “R 100”挡位。 〔2〕方法：分别测量三极管集电结与放射结的正向电阻 和反向电阻，只要有一个 PN 结的正、反向电阻特别，就可 推断三极管已坏。
半导体复习提纲(I)
第一章半导体中的电子状态1半导体的三种结构：金刚石型（硅和锗）闪锌矿型（Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料以及部分Ⅱ-Ⅵ族化合物如GaAs, InP, AlAs ，纤矿型（Ⅱ-Ⅵ族二元化合物半导体ZnS、ZnSe、CdS、CdSe）.结晶学原胞是立方对称的晶胞。
2电子共有化运动：当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内外各电子壳层出现交叠，电子可由一个原子转移到相邻的原子，因此，电子可以在整个晶体中运动，称为电子的共有化运动。
由于内外壳层交叠程度很不相同，所以，只有最外层电子的共有化运动才显著。
4回旋共振就是当半导体中的载流子在一定的恒定磁场和高频电场同时作用下会发生抗磁共振的现象。
该方法可直接测量出半导体中载流子的有效质量，并从而可求得能带极值附近的能带结构。
（母的）要样品纯度更高，在低温。
5直接带隙半导体材料：导带最小值(导带底)和满带最大值相应于相同的波矢k0 间接带隙半导体材料：导带最小值(导带底)和满带最大值在k空间中不同位置. 硅、锗与砷化镓的区别：硅锗为间接带隙半导体；砷化镓是直接带隙半导体。
6能带结构：固体的能带结构（又称电子能带结构）描述了禁止或允许电子所带有的能量，这是周期性晶格中的量子动力学电子波衍射引起的。
第二章半导体中杂质和缺陷能级1、杂质类型：杂质原子进入半导体硅以后，只可能以两种方式存在。
一种方式是杂质原子位于晶格原子间的间隙位置常称为间隙式杂质：另一种方式是杂质原子取代晶格原子位于晶格点处，常称为替位式杂质。
2、使电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为杂质电离能。
能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；受主杂质：能接受电子而产生导电空穴并形成负电中心的杂质。
把被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级；and施主能级3 N,P型半导体，施主杂质失去电子，受主杂质得到电子。
5施主电子刚好够填充受主能级，虽然杂质很多，但不能向导带和价带提供电子和空穴,这种现象称为杂质的高度补偿. （控制不当）误认高纯半导体。
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《半导体器件》课程复习提纲
2016.11
基
半导体物理基本概念、物理效应。
础：
重
PN 结、金半结、双极型晶体管、
点：
JFET、MESFET、MOSFET。
根据物理效应、重要方程、实验修正，理解半导体器件工作原理和
特性，了解器件的参数特性，进行器件设计、优化、仿真与建模。
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f a和共射极截止频率f B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B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w gm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，主要以倒相器为例，开关时间的定义及简单计算，包括截止关闭时间和导通开启时间，开关过程的简单描述。
温度特性主要掌握迁移率和阈值电压与温度的关系。
短沟道效应（SCE）和窄沟道效应（NWE）。
速度饱和效应对漏特性及跨导的影响。
热载流子效应（HCE）,造成器件的长期可靠性问题。
短沟道MOSFET，MOS 保持长沟道特性的两个判定标准。
具有长沟道特性的最小沟道长度的经验公式。
器件小型化的规则，以及按比例缩小存在一定的限制。
第六章：新型半导体器件简介
主要内容包括现代MOS 器件，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）。