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
⎪⎪
⎭
⎫ ⎝
⎛+=+=
0020
11p p d n n a i
n
p n p
n p s D N D N en L n eD L p eD J ττ
2.4 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。

扩散电容：在直流电压上加一个很小的交流电压，随着外加正偏电压的改变，穿过空间电荷区注入到n 区内的空穴数量也发生了变化。

P 区内的少子电子浓度也经历了同样的过程，n 区内的空穴与p 区内的电子充放电过程产生了电容，即扩散电容。

2.5 产生-复合电流的计算
2.6 PN结的两种击穿机制有什么不同？
齐纳击穿:重掺杂的pn结由于隧穿机制而发生齐纳击穿。

在重掺杂pn结内，反偏条件下结两侧的导带与价带离得非常近，以至于电子可以由p区直接隧穿到n 区的导带。

即齐纳击穿。

雪崩击穿：当电子或空穴穿越空间电荷区时，由于电场的作用，他们的能量会增加，增加到一定的一定程度时，并与耗尽区的原子电子发生碰撞，便会产生新的电子空穴对，新的电子空穴又会撞击原子内的电子，于是就发生了雪崩击穿。

对于大多数pn结来说，雪崩击穿占主导地位。

在电场的作用下，新的电子与空穴会朝着相反的方向运动，于是便形成了新的电流。

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。

3.3 双极晶体管的少子分布（图示）
3.4 双极晶体管的电流成分（图示），它们是怎样形成的？
正向有源时同少子分布。

3.5 低频共基极电流增益的公式总结（分析如何提高晶体管的增益系数）
E
B E B E B E E B B E B B B E E x x D D N N
L x L x L D n L D p ⋅⋅+≈
⋅
+=
11
)
/tanh()/tanh(11
00γ
2
)/(2
111
)/cosh(1B B B B T L x L x +≈
≈α
⎪⎭
⎫ ⎝⎛-+
≈
kT eV J J BE s r 2ex p 11
00δ
δγααT =
ααβ-=
1
3.6 等效电路模型（Ebers-Moll 模型和Hybrid-Pi 模
型）（画图和简述）
3.7 双极晶体管的截止频率受哪些因素影响？
基区渡越时间。

利用有内建电场的缓变掺杂基区。

3.8 双极晶体管的击穿有哪两种机制？
第四章 MOS 场效应晶体管基础
4.1 MOS 结构怎么使半导体产生从堆积、耗尽到反型的变化？
反型：当在棚极加上更大的负电压时，导带和价带的弯曲程度更加明显了，本证费米能级已经在费米能级的上方了，以至于价带比导带更接近费米能级，这个结果表明半导体表面是p 型的，通过施加足够大的负电压半导体表面已经从n 型转为p 型了。

这就是半导体表面的空穴反型层。

4.2 MOS 结构的平衡能带图（表面势、功函数和亲和能）及平衡能带关系
ms s OX V φφ-=+00
4.3 栅压的计算(非平衡能带关系)
ms s OX G V V φφ++=
4.4 平带电压的计算
4.5 阈值电压的计算
*
dT a SD x eN Q =(max)'
2
1
4⎪
⎪⎭⎫ ⎝
⎛=a p f s dT
eN x φε
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=i a th p
f n N V ln φ
⎥⎦⎤⎢⎣
⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=p f g m ms
e E φχφφ2
ox
ox
ox t C ε=
dT d SD x eN Q =(max)'
2
1
4⎪
⎪⎭
⎫
⎝⎛=d n f s dT
eN x φε
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=i d
th n
f n
N V ln φ ⎥⎦⎤⎢⎣
⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=n f g m ms
e E φχφφ2
ox ox
ox t C ε=
4.6 MOS 电容的计算 总的电容公式
a
th
s D
eN V
L ε=
a
p f s dT
eN x φε4=
4.7 MOSFET 的工作原理是什么？ 4.8
电流-电压关系（计算） N 沟道：
T GS DS
V V sat V -=)(
P 沟道：
T SG
SD V V sat V +=)(
4.9 MOSFET 的跨导计算
4.10 MOSFET 的等效电路（简化等效电路）
4.11 MOSFET的截止频率主要取决于什么因素？
第五章 光器件
5.1电子-空穴对的产生率：
ν
ανh x I x g )()('= 5.2 PN 结太阳能电池的电流
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1exp kT eV I I I s L 5.3光电导计算
p L p n p n G e p e τμμδμμσ)()(+=+=∆
5.4 光电导增益
5.5 光电二极管的光电流
)(n p L L L L W eG J ++=
5.6 PIN 二极管怎么提高光电探测效率？
5.7 发光二极管的内量子效率主要取决于哪些因素？
5.8 PN 结二极管激光器怎样实现粒子数反转（借助于能带图说明）
第六章 MOS场效应晶体管：概念的深入
6.1 MOSFET按比例缩小理论（恒定电场缩小），哪些参数缩小，哪些参数增大？
6.2 结型场效应晶体管的工作原理是什么？它有什么特点
6.3 设计一种半导体器件，说明其工作原理。

（1）结结构、能带结构（势垒）、电路结构（等效）；（2）载流子分布、电流形成机制、伏-安特性；（3）增益系数、频率响应。