半导体器件物理复习资料重要资料
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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
δ
γααT =
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)'