半导体器件物理与工艺复习题(2015)

半导体器件物理复习题

第二章：

1） 带隙：导带的最低点和价带的最高点的能量之差，也称能隙。

物理意义：带隙越大，电子由价带被激发到导带越难，本征载流子浓度就越低，电导率也就越低

2）什么是半导体的直接带隙和间接带隙？

其价带顶部与导带最低处发生在相同动量处(p ＝0)。因此，当电子从价带转换到导带时，不需要动量转换。这类半导体称为直接带隙半导体。

3）能态密度：能量介于E ～E+△E 之间的量子态数目△Z 与能量差△E 之比

4）热平衡状态：即在恒温下的稳定状态.(且无任何外来干扰,如照光、压力或电场). 在恒温下,连续的热扰动造成电子从价带激发到导带，同时在价带留下等量的空穴.半导体的电子系统有统一的费米能级,电子和空穴的激发与复合达到了动态平衡，其浓度是恒定的，载流子的数量与能量都是平衡。即热平衡状态下的载流子浓度不变。

5）费米分布函数表达式？

物理意义：它描述了在热平衡状态下,在一个费米粒子系统（如电子系统）中属于能量E 的一个量子态被一个电子占据的概率。

6

本征半导体价带中的空穴浓度：

7）本征费米能级Ei ：本征半导体的费米能级。在什么条件下，本征Fermi 能级靠近禁带的中央：在室温下可以近似认为费米能级处于带隙中央

8）

本征载流子浓度n i : 对本征半导体而言，导带中每单位体积的电子数与价带每单位体积的空穴数相同,即浓度相同，称为本征载流子浓度，可表示为n ＝p ＝n i . 或：np=n i 2

9) 简并半导体：当杂质浓度超过一定数量后，费米能级进入了价带或导带的半导体。

10) 非简并半导体载流子浓度

:

且有: n p=n i 2 其中: n 型半导体多子和少子的浓度分别为:

p 型半导体多子和少子的浓度分别为: 第三章：

1）迁移率：是指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度，运动得越快，迁移率越大。定义为： 2）漂移电流:

载流子在热运动的同时，由于电场作用而产生的沿电场力方向的定向运动称作漂移运动。所构成的电流为漂移电流。定向运动的平均速度叫做漂移速度。在弱电场下，载流子的漂移速度v 与电场强度E 成正比, 定义为： m

q c τμ

=

3）扩散电流：在半导体物质中，若载流子的浓度有一个空间上的变化，则这些载流子倾向于从高浓度的区域移往低浓度的区域，这个电流成分即为扩散电流。定义为：

4）非平衡载流子：处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0（此处0是下标），可以比他们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。非平衡载流子多半是少数载流子。

5）复合中心：半导体中对电子和空穴起复合作用的杂质或缺陷。

6）间接复合：通过禁带复合中心进行的复合,通常在间接禁带半导体中较为显著，如硅晶.

7）亲和力，功函数？

8）隧穿效应：能量比势垒低的粒子，具有一定的概率穿透势垒的现象。

9）强电场效应：当半导体施加大电场时,σ成为电场的函数, 出现非线性传导现象,即偏离欧姆定律的强电场效应。

10）雪崩过程（现象）：在强电场的加速下,载流子将得到足够的动能,这些有较高能量的载流子与晶格中性原子相遇发生碰撞产生电离，产生新的电子-空穴对。这些新产生的电子和空穴又会在电场的作用下，

重新获得能量，碰撞其它的中性原子使之电离，再产生更多的电子-空穴对。这种连锁反应继续下去，使空间的载流子数量剧增，就像雪崩一样.

第四章：

1) 异质结：由不同种半导体构成的pn 结（如硅-锗）

2) 单边突变结: 在交界面处，杂质浓度会产生突变，称为突变结。实际的突变结，两边的杂质浓度相差很多，称为单边突变结

3) 什么是内建电势？它是如何保持热平衡的？

4) 单边突变结耗尽区宽度与偏压的关系: 5) 小注入: 注入的非平衡载流子浓度大于平衡时的少子浓度，远小于平衡时的多子浓度，称为小注入.

n 型：p0<∆p<

且: ∆n=∆p

6) 在热平衡时,

当加上偏压V 后, 在耗尽区边界上电子的浓度为

其中: n n 和n p 分别表示?

7) 扩散长度? 8)

其中: J s 为饱和电流密度

9) 三种复合机制: 直接复合, 通过复合中心复合和表面复合. 通过复合中心间接复合包括四种情况：电子从导带落入到复合中心称电子俘获；电子从复合中心落入价带称空穴俘获；电子从复合中心被激发到

导带称电子发射；电子从价带被激发到复合中心称空穴发射。

10) p-n 结产生电流的物理机制: p-n 结在反向偏压下，势垒区处于载流子严重欠缺的非平衡状态，为了恢复平衡，其中的复合中心就表现为产生载流子的产生中心（电子发射和空穴发射），产生出大量的电子和空穴；并且电子被电场拉向n 型半导体一边、空穴被电场拉向p 型半导体一边，从而就形成了反向电流。

第五章：

1) 双极型三极管: 空穴和电子两种载流子参与导电. 浓度最高的p ＋区域称为发射区；中间较窄的n 型区域，其杂质浓度中等，称为基区，基区的宽度需远小于少数载流子的扩散长度；浓度最小的p 型区域称为集电区。

2) 双极型晶体管有哪四种工作模式? 各模式射-基结和集-基结的偏压如何? 其中,放大模式下,射基3) 共射电流增益定义为: ,其中α0为共基电流增益,定义为:

4) 简述扩散电容的物理机理: 对于正偏p-n 结，当外加偏压增大时，注入n 区的空穴增加，在n 区的空穴扩散区内形成空穴积累，为保持电中性条件，扩散区内电子浓度也相应增加（外电路提供）。电子注入p 区情形类似，这种扩散区中电荷随外加偏压变化而变化所产生的电荷存储效应等效为电容，称扩散电容。(即: 非平衡少数载流子在p-n 结两边的中性区内的电荷存储所造成的 )

5) 势垒电容: 在p-n 结势垒区，当外加电压变化时，引起积累在势垒区的空间电荷的变化，即耗尽层的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。耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容。

6) 共射截止频率: 是BJT 使得电流放大系数下降为0.707倍时的信号频率，其值决定于管子的结构.与

是共基截止频率f α的关系为:

第六章：

1) 当理想MOS 二极管偏压为正或负时,半导体表面可能会出现3种状况: 积累现象, 耗尽现象和反型现象.

2) 反型现象: 当MOS 二极管外加一很大的正电压时, 在半导体表面的电子(少数载流子)数目大于空穴(多数载流子)，表面载流子呈现反型，称为反型现象．画出在强反型情况下,半导体表面附近的能带示意图.

3) 阈值电压: 在正常情况下，栅极电压产生的电场控制着源漏间沟道内载流子的产生。在强反型刚发生时的栅极电压称为阈值电压.

4) 平带电压: 对于实际的MOS 系统，由于金属-半导体功函数差φms 和Si-SiO2系统中电荷Q f 的影响, 在外加栅极电压为0 时，半导体表面的能带即发生了弯曲，从而这时需要另外再加上一定的电压才能使能带拉平，这个额外所加的电压就称为平带电压.

5) 沟道: 半导体中由于外加电场引起的沿长度方向的导电层。如MOS 结构中当在栅极和源极之间施加外)35(1000αα∆∆β-=B C I I ＝)4(p 0E C I I ≡α)40()1(0αβαf f -=)

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