第六章半导体导电性作业
第六章半导体导电性作业
1．一块n 型硅半导体，其施主浓度315/10cm N D =，本征费米能级i E 在禁带正中，费米能级F E 在i E 之上eV 29.0处，设施主电离能eV E D 05.0=?，试计算在K T 300=时，施主能级上的电子浓度。
2．一块n 型硅材料，掺有施主浓度315/105.1cm N D ?=，在室温（K T 300=）时本征载流子浓度312/103.1cm n i ?=，求此时该块半导体材料的多数载流子浓度和少数载流子浓度。
3．一硅半导体含有施主杂质浓度315
/109cm N D ?=，和受主杂质浓度316/101.1cm N A ?=，求在K T 300=时（310/103.1cm n i ?=）的电子和空穴浓度以及费米能级位置。
4. 若锗在300=T K 时，319101.1-?=cm N C ，3191051.0-?=cm N V ，禁带宽度为67.0=g E eV ，试计算：
（1）电子和空穴的有效质量*e m 和*h m ；
（2）300=T K 时的本征载流子浓度；
（3）在77K 时的，C N ，V N 及本征载流子浓度（77=T K 时，70.0=g E eV ）。
5、试用能带论解释为何固体有导体，半导体和绝缘体之分？
晶体电子的状态由分立的原子能级分裂为能带，电子填充能带的情况分为满带、不满带和空带，对于半导体和绝缘体，只存在满带和空带，最高满带称价带，最低满带称导带，导带与价带之间的间隔称带隙，一般绝缘体带隙较大，半导体带隙较小。
对于导体，出满带和空带外，还存在不满带，即导带。满带电子不导电，而不满带中的电子参与导电。半导体的带隙较小，价带电子受到激发后可以跃迁至导带参与导电，绝缘体的带隙较大，价电子须获得很大的能量才能激发，故一般情况下，不易产生跃迁现象。
已知 Si 的Eg=1.12eV,T=300K 时，Nc=2.9x1019/cm 3 ,Nv=1.1x1019/cm 3 310/103.1cm n i ?=
第四章半导体存储器
第四章半导体存储器 (Semi-conductor Memory) 主要内容 存储介质的类别和特点 半导体存储器(ROM/RAM/FLASH)（概念）*半导体存储器连接应用(时序) IBM-PC系列机MEM的内存组织 存储大量信息的介质 微机系统与接口
微机系统结构:存储器与I/O 地址总线AB 存I/O 输I/O 输 储接入设接 出 设 CPU 器口备口备 数据总线DB 控制总线CB 存储器访问：MOV [2000H],AX 微机系统与接口系统互联 MOV BL,[205AH]
重点:处理器与半导体存储器接口电路 6264(例) 唯一选中单元:读/写D0~D7 D0~D7A ??????A 0? ??MPU Memory A 12WE A 12MEMW 系统芯片 OE 1CS 1 MEMR 译码高位地? ?1CS 2 电路址信号 ?微机系统与接口处理器读写时序--配合--存储器读写时序
存储介质的类别和特点 存储器（计算机实现大容量记忆功能的核心部件）?存储记忆信息（按位存放） ?位(BIT)存放--具有记忆功能： ?应用：程序/数据信息：读写/数据－按地址顺序编号 电路: (锁存器/触发器--寄存器在微处理器内部) ?电路:(锁存器/触发器--寄存器在微处理器内部)?磁: 磁化 ?光: 凹坑(激光反射) 光:凹坑(激光反射) ?性能:容量、存取速度、成本 ?内/外部存储器－－高速存储／低速I/O－海量低成本与MPU接口:串/并行Serial/Parallel ? 微机系统与接口
半导体存储器的性能指标 容量=字数(存储单元数)×字长==位数(bits) 微机（8/16/32/64位字长） 兼容8位机==>字节BYTE为单位 62C256：（256Kbits ）32K*8B 27C010：1M 位（128K*8Bit ）128KB(字节) 其它性能指标可靠性、集成27C210：1M 位（64K*16Bit ）访问一次存储器（对指定单元写入或读出）度、价格等 最大存取时间所需要的时间WE# OE# 几ns到几百ns 27C512-15?150ns PC100SDRAM-8:8ns,PC133SDRAM-7ns 微机系统与接口 PC100SDRAM 8:8ns, PC133SDRAM 7ns
半导体材料硅的基本性质
半导体材料硅的基本性质 一．半导体材料 1.1 固体材料按其导电性能可分为三类：绝缘体、半导体及导体，它们典型的电阻率如下： 图1 典型绝缘体、半导体及导体的电导率范围 1.2 半导体又可以分为元素半导体和化合物半导体，它们的定义如下： 元素半导体：由一种材料形成的半导体物质，如硅和锗。 化合物半导体：由两种或两种以上元素形成的物质。 1)二元化合物 GaAs —砷化镓 SiC —碳化硅 2)三元化合物 As —砷化镓铝 AlGa 11 AlIn As —砷化铟铝 11 1.3 半导体根据其是否掺杂又可以分为本征半导体和非本征半导体，它们的定义分别为： 本征半导体：当半导体中无杂质掺入时，此种半导体称为本征半导体。 非本征半导体：当半导体被掺入杂质时，本征半导体就成为非本征半导体。 1.4 掺入本征半导体中的杂质，按释放载流子的类型分为施主与受主，它们的定义分别为： 施主：当杂质掺入半导体中时，若能释放一个电子，这种杂质被称为施主。如磷、砷就是硅的施主。 受主：当杂质掺入半导体中时，若能接受一个电子，就会相应地产生一个空穴，这种杂质称为受主。如硼、铝就是硅的受主。
图1.1 （a）带有施主（砷）的n型硅 (b)带有受主（硼）的型硅 1.5 掺入施主的半导体称为N型半导体，如掺磷的硅。 由于施主释放电子，因此在这样的半导体中电子为多数导电载流子（简称多子），而空穴为少数导电载流子（简称少子）。如图1.1所示。 掺入受主的半导体称为P型半导体，如掺硼的硅。 由于受主接受电子，因此在这样的半导体中空穴为多数导电载流子（简称多子），而电子为少数导电载流子（简称少子）。如图1.1所示。 二．硅的基本性质 1.1 硅的基本物理化学性质 硅是最重要的元素半导体，是电子工业的基础材料，其物理化学性质（300K）如表1所示。
半导体物理第六章习题答案
半导体物理第六章习题 答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第6章 p-n 结 1、一个Ge 突变结的p 区n 区掺杂浓度分别为N A =1017cm -3和N D =51015cm -3， 求该pn 结室温下的自建电势。 解：pn 结的自建电势 2(ln )D A D i N N kT V q n = 已知室温下，0.026kT =eV ，Ge 的本征载流子密度1332.410 cm i n -=? 代入后算得：1517 132 510100.026ln 0.36(2.410)D V V ??=?=? 4.证明反向饱和电流公式（6-35）可改写为 202 11()(1)i s n n p p b k T J b q L L σσσ=++ 式中n p b μμ=，n σ和p σ分别为n 型和p 型半导体电导率，i σ为本征半导体电导率。 证明：将爱因斯坦关系式p p kT D q μ= 和n n kT D q μ=代入式（6-35）得 0000( )p n p n S p n n p n p n p p n n p J kT n kT p kT L L L L μμμμμμ=+=+ 因为002i p p n n p =，00 2 i n n n p n =，上式可进一步改写为 221111( )( )S n p i n p i n p p p n n n p p n J kT n qkT n L p L n L L μμμμμμσσ=+ =+ 又因为 ()i i n p n q σμμ=+ 22222222()(1)i i n p i p n q n q b σμμμ=+=+ 即
第四章 存储器系统习题
4.2半导体存储器 4.2.1填空题 1．计算机中的存储器是用来存放__①___的，随机访问存储器的访问速度与___②___无关。答案：①程序和数据②存储位置 2．对存储器的访问包括______和________两类。 答案：①读②写 3．计算机系统中的存储器分为__①___和___②____。在CPU执行程序时，必须将指令存在____③____中。 答案：①内存②外存③内存 4．主存储器的性能指标主要是①、②、存储周期和存储器带宽。 答案：①存储容量②存取时间 5．存储器中用①来区分不同的存储单元，1GB=②KB。 答案：①地址②1024X1024(或220) 6．半导体存储器分为①、②、只读存储器(ROM)和相联存储器等。 答案：①静态存储器(SRAM) ②动态存储器(DRAM) 7．RAM的访问时间与存储单元的物理位置①，任何存储单元的内容都能被② 答案：①无关②随机访问 8．存储揣芯片由①、②、地址译码和控制电路等组成。 答案：①存储体②读写电路 9．地址译码分为①方式和②方式。 答案：①单译码②双译码 10．双译码方式采用①个地址译码器，分别产生②和③信号。 答案：①两②行选通③列选通 11．若RAM芯片内有1024个单元，用单译码方式，地址译码器将有①条输出线；用双译码方式，地址译码器有②条输出线。 答案：①1024 ②64 12．静态存储单元是由晶体管构成的①，保证记忆单元始终处于稳定状态，存储的信息不需要②。 答案：①双稳态电路②刷新(或恢复) 13．存储器芯片并联的目的是为了①，串联的目的是为了②。 答案：①位扩展②字节单元扩展 14．计算机的主存容量与①有关，其容量为②。 答案：①计算机地址总线的根数②2地址线数 15．要组成容量为4MX8位的存储器，需要①片4MXl位的存储器芯片并联，或者需要②片1MX3的存储器芯片串联。 答案：①8 ②4 16．内存储器容量为256K时，若首地址为00000H，那么末地址的十六进制表示是 答案：3FFFFH 17．主存储器一般采用①存储器件，它与外存比较存取速度②、成本③。 答案：①半导体②快③高 18．三级存储器系统是指______这三级： 答案：高缓、内存、外存
半导体-金属导体平面结构导电性能的维度效应
半导体-金属导体平面界面结构导电性能的维度效应 宋太伟邹杏田璆璐 2017年3月 上海日岳新能源有限公司上海陆亿新能源有限公司上海建冶研发中心 内容摘要： 半导体-金属材料结构界面或其它由2种不同材料组成的复合材料结构界面，一般存在明显的微观扩散结势垒构造，这种扩散结对复合材料的导电性等物理性能产生明显影响。我们发现这种半导体-金属组合结构材料的导电性与半导体和金属导体的几何结构存在明显的关联效应，尤其是在体型半导体平面表面镀上金属薄膜的材料结构，表现出清晰的导电性等物理性能与材料几何结构维度的关联关系，这种材料的导电性呈现明显的二极管效应。我们用时空结构几何理论对此现象分别作了理论阐明。这种普遍存在的由半导体和金属材料的维度差异引起的复合材料的二极管效应，其理论价值与在光电工程领域的应用价值极大。 1 引言 两种不同材料的接触面，一般会产生接触势垒。由具有一定导电性能的两种材料依次排列组成的复合材料结构，由于不同材料导电电子的平均约束势能不同，在两种材料的接触界面附近，微观上呈非均衡的载流子扩散形态及电位梯度。界面附近导电电子低约束势能的材料呈现一定的正电性，相应的另一种导电电子高约束势能的材料界面附近呈现一定的负电性，复合材料内部这种不同材料界面附近的微观构造形态，是一种接触电位势垒，可称为电位势结，平面薄膜结构形态的也称为“量子泵”[3]。就导电性能来讲，这种内部界面构造，都有一定程度的二极管效应。半导体PN结是典型的界面电位势结构造形态。 我们在开发研制高效多结层硅基太阳能电池的过程中，发现不同材料界面附近的微观电位势结构造形态，对复合材料的导电性能的影响，存在明显的维度关联关系或者说尺度关联关系，也就是说，复合材料内部界面电位势结产生的二极管效应大小，与两种材料的几何维度构造明显关联，两种不同材料典型的几何维度形态结构组合是3维-2维、3维-1维、3维-0维、2维-1维、2维-0维等，见示意图1。我们重点对半导体硅晶体为3维、金属或非金属为2维薄膜的3-2维界面构造材料（示意图1中的a结构），就其光电性能变化进行了详细的实验与分析研究，使用的实验仪器设备主要包括真空镀膜系统、氙灯、单色仪、i-v曲线源表、椭圆偏振仪、显微镜等。我们运用简单的时空结构几何[1][2]模型，对3维-2维界面
计算机组成原理第四章课后习题及答案_唐朔飞
第4章存储器 1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。 答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。 辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。 Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。 RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。 SRAM：静态半导体随机存取存储器。 DRAM：动态半导体随机存取存储器。 ROM：掩膜式半导体只读存储器。由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。 PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。 EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。 EEPROM：电擦写可编程只读存储器。 CDROM：只读型光盘。 Flash Memory：闪速存储器。或称快擦型存储器。 2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。 答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。 按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘； 按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；
按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。 3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？ 答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。 Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。 主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。 综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。 主存与CACHE之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。 4. 说明存取周期和存取时间的区别。 解：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。即： 存取周期 = 存取时间 + 恢复时间 5. 什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为32位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少？ 解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。 存储器带宽= 1/200ns ×32位 = 160M位/秒 = 20MB/秒 = 5M字/秒 注意：字长32位，不是16位。（注：1ns=10-9s）
半导体物理第六章习题答案培训讲学
第6章 p-n 结 1、一个Ge 突变结的p 区n 区掺杂浓度分别为N A =1017cm -3和N D =5?1015cm -3，求该pn 结室温下的自建电势。 解：pn 结的自建电势 2(ln )D A D i N N kT V q n = 已知室温下，0.026kT =eV ，Ge 的本征载流子密度1332.410 cm i n -=? 代入后算得：1517 132 510100.026ln 0.36(2.410)D V V ??=?=? 4.证明反向饱和电流公式（6-35）可改写为 202 11()(1)i s n n p p b k T J b q L L σσσ=++ 式中n p b μμ= ，n σ和p σ分别为n 型和p 型半导体电导率，i σ为本征半导体电导率。 证明：将爱因斯坦关系式p p kT D q μ= 和n n kT D q μ=代入式（6-35）得 0000( )p n p n S p n n p n p n p p n n p J kT n kT p kT L L L L μμμμμμ=+=+ 因为002i p p n n p =，00 2 i n n n p n =，上式可进一步改写为 221111( )( )S n p i n p i n p p p n n n p p n J kT n qkT n L p L n L L μμμμμμσσ=+ =+ 又因为 ()i i n p n q σμμ=+ 22222222()(1)i i n p i p n q n q b σμμμ=+=+ 即 22 2 2222 2 ()(1) i i i n p p n q q b σσμμμ==++ 将此结果代入原式即得证
半导体物理第六章1
第6章 pn结 把一块p型半导体和一块n型半导体键合在一起，就形成了pn结。pn 结是几乎一切半导体器件的结构基础，了解和掌握pn结的性质具有很重要的实际意义。 §6.1 pn结及其热平衡状态下的能带结构 一、pn结的形成及其杂质分布 半导体产业形成50余年来，已开发了多种形成pn结的方法，各有其特点。 1、合金法 把一小粒高纯铝置于n型单晶硅片的清洁表面上，加热到略高于Al-Si 系统共熔点（580℃）的温度，形成铝硅熔融体，然后降低温度使之凝固，这时在n型硅片的表面就会形成—含有高浓度铝的p型硅薄层，它与n型硅衬底的界面即为pn结(这时称为铝硅合金结)。欲在p型硅上用同样的方法制造pn 结，须改用金锑（Au-Sb）合金，即用真空镀膜法在p型硅的清洁表面镀覆一层含锑0.1%的金膜，然后在400℃左右合金化。 合金结的特点是合金掺杂层的杂质浓度高，而且分布均匀；由于所用衬底一般是杂质浓度较低且分布均匀的硅片，因此形成的pn结具有杂质浓度突变性较大的特点，如图6－1所示。具有这种形式杂质分布的pn 结通常称为单边突变结(p+n结或pn+结)。 合金结的深度对合金过程的温度和时间十分敏感，较难控制。目前 已基本淘汰。 N(x) N D N A x j
x N A 图6－1 合金结的杂质分布图6－2 扩散法制造pn结的过程 x j N D 2、扩散法 1956年发明的能精确控制杂质分布的固态扩散法为半导体器件的产业化及其后的长足发展奠定了基础。扩散法利用杂质原子在高温下能以一定速率向固体内部扩散并形成一定分布的性质在半导体内形成pn结。由于杂质在某些物质，例如SiO2中的扩散系数极低，利用氧化和光刻在硅表面形成选择扩散的窗口，可以实现pn结的平面布局，如图6－2所示，从而诞生了以氧化、光刻、扩散为核心的半导体平面工艺，开创了以集成电路为标志的微电子时代。 用扩散法形成的杂质分布由扩散过程及杂质补偿决定。在表面杂质浓度不变的条件下形成的是余误差分布，在杂质总量不变的条件下形成的是高斯分布，如本节后的附图所示。 3、其他方法 形成pn结的方法还有离子注入法、外延法和直接键合法等，而且这些方法已逐渐成为半导体工业的主流工艺。《半导体工艺》课程将详细介绍，这里不赘述。 4、pn结的杂质分布 pn结的杂质分布一般可近似为两种，即突变结和线性缓变结。合金pn结、高表面浓度的浅扩散结、用离子注入、外延和直接键合法制备的结一般可认为是突变结，而低表面浓度的深扩散结一般视为线性缓变结。直接键合法制备的突变结是最理想的突变结。 图6－3 扩散结的杂质分布形式
计算机组成原理第四章课后习题及标准答案-唐朔飞(完整版)
第4章存储器 1．解释概念：主存、辅存、Cache、RＡＭ、SＲAM、DRAＭ、ROＭ、ＰRＯＭ、ＥPROM、EＥPROM、CDRＯM、Flash Memｏry。 答:主存:主存储器,用于存放正在执行的程序和数据。ＣPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。 辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。 Caｃｈe：高速缓冲存储器,介于CPU和主存之间，用于解决ＣPＵ和主存之间速度不匹配问题。 RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。 SRAM:静态半导体随机存取存储器。 DＲAM:动态半导体随机存取存储器。 ROM:掩膜式半导体只读存储器。由芯片制造商在制造时写入内容,以后只能读出而不能写入。 PROM:可编程只读存储器,由用户根据需要确定写入内容,只能写入一次。 EPROM:紫外线擦写可编程只读存储器。需要修改内容时,现将其全部内容擦除，然后再编程。擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。 ＥEPRＯＭ:电擦写可编程只读存储器。 CDＲＯM:只读型光盘。 Ｆlasｈ Mｅｍoｒy：闪速存储器。或称快擦型存储器。 2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。 答:计算机中寄存器、Caｃhe、主存、硬盘可以用于存储信息。 按速度由高至低排序为：寄存器、Ｃache、主存、硬盘; 按容量由小至大排序为：寄存器、Ｃache、主存、硬盘;
按价格/位由高至低排序为:寄存器、Caｃhe、主存、硬盘。 3．存储器的层次结构主要体现在什么地方?为什么要分这些层次?计算机如何管理这些层次？ 答：存储器的层次结构主要体现在Cacｈe－主存和主存-辅存这两个存储层次上。 Ｃaｃhe-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，ＣＰU访存速度加快,接近于Cａcｈｅ的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。 主存－辅存层次在存储系统中主要起扩容作用,即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。 综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。 主存与CACHＥ之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现,即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间(物理地址空间）大得多的虚拟地址空间(逻辑地址空间)编程,当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。 4．说明存取周期和存取时间的区别。 解：存取周期和存取时间的主要区别是:存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。即： 存取周期 = 存取时间 + 恢复时间 5. 什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为3２位，存取周期为 200ns,则存储器的带宽是多少? 解:存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。 存储器带宽 = 1/2０0ns ×3２位 = 160Ｍ位/秒 = ２０MB/秒＝5M字／秒注意：字长３２位,不是1６位。（注：1ns=１0-9s）
半导体的导电性
第四章 半导体的导电性 引言 前几章介绍了半导体的一些基本概念和载流子的统计分布，还没有涉及到载流子的运动规律。本章主要讨论载流子在外加电场作用下的漂移运动，讨论半导体的迁移率、电导率、电阻率随温度和杂质浓度的变化规律，以及弱电场情况下电导率的统计理论和强电场情况下的效应，并介绍热载流子的概念。 §载流子的漂移运动和迁移率 一、欧姆定律 1.金属：V I R = （） l R s ρ=（） 单位：m Ω?和cm Ω? 1 = σρ （） 单位：/m S 和/cm S 2.半导体： 电流密度：通过垂直于电流方向的单位面积的电流，J=I s ??（） 单位：/m A 和/cm A 电场强度：= V l ε（）单位：/m V 和/cm V 均匀导体：J= I s （） 所以，J==I V l s Rs Rs εεσ==（） 上式表示半导体的欧姆定律，把通过导体某一点的电流密度和改点的电导率及电场强度直接联系起来，称为欧姆定律的微分形式。 二、漂移速度和迁移率 有外加电压时，导体内部的自由电子受到电场力的作用，沿电场反方向作定向运动构成电流。电子在电场力作用下的这种运动称为漂移运动，定向运动的速度称为漂移速度。 电子的平均漂移速度为d v ，则其大小与电场强度成正比： d v με=（）其中，μ称为电子的迁移率，表示单位场强下电子的平均漂移速度，单位是
m 2 /V·s 或cm 2 /V·s。由于电子带负电，其d v 与E 反向，但μ习惯上只取正值， 即d v με = （） d J nqv =- 三、 半导体的电导率和迁移率 型半导体：n p ，0n n q σμ=（） 型半导体：p n ，0p p q σμ=（） 3.本征半导体：i n p n ==，()i n p n q σμμ=+（） 4.一般半导体：n p nq pq σμμ=+（） §载流子的散射 一、载流子散射的概念 在有外加电场时，载流子在电场力的作用下作加速运动，漂移速度应该不断增大，由式： d J nqv =-可知，电流密度将无限增大。但是由式：J σε=可知，电流密度应该是恒定的。 因此，二者互相矛盾。 （一）没有外电场作用时 在一定温度下： 半导体内部的大量载流子永不停息地做无规则的、杂乱无章的运动，称为热运动； } d v με =(4.110) J nq με=-(4.111) nq σμ=-电导率与迁移率之间的关系 实际中，存在破坏周期性势场的作用因素：杂质、缺陷、晶格热振动等。 一块均匀半导体，两端加以电压，在其内部形 成电场。 电子和空穴漂移运动的方向不同，但形成的电 流都是沿着电场方向的。 半导体中的导电作用应该是电子导电和空穴导 电的总和。
69第6章3_半导体器件物理EM3模型
半导体器件物理(1)
半导体器件物理(I ) 在E-M2模型基础上进一步考虑晶体管的二阶效应，包括基区宽度调制、小电流下复合电流的影响、大注入效应等，就成为E-M3模型. 第6章BJT模型和BJT版图6-1 E-M 模型 四、E-M3模型
半导体器件物理(I ) 1.基区宽度调制效应(Early 效应) 按照器件物理描述的方法，正向放大应用情况下，采用正向Early 电压V A （记为VA ）描述c’-b’势垒区两端电压Vc’b’对有效基区宽度X b 的影响，进而导致I S 、βF 等器件特性参数的变化。 同样引入反向Early 电压（记为VB ）描述反向放大状态下Ve’b’的作用。 第6章BJT模型和BJT版图6-1 E-M 模型 四、E-M3模型
半导体器件物理(I ) 考虑基区宽变效应引入两个模型参数： 正向Early 电压VA 反向Early 电压VB 这两个模型参数的默认值均为无穷大。 若采用其内定值，实际上就是不考虑基区宽度调制效应。 考虑基区宽变效应等效电路并不发生变化。 第6章BJT模型和BJT版图1.基区宽度调制效应(Early 效应) 6-1 E-M 模型 四、E-M3模型
半导体器件物理(I ) 小电流下正偏势垒区存在的复合和基区表面复合效应使基极电流增大。引入下述基区复合电流项描述正向放大情况下be 结势垒区的影响： I 2＝I SE [exp(qV b’e’/Ne kT)-1] 反向放大情况下引入下述基区复合电流描述bc 结势垒区的影响： I 4＝I SC [exp(qV b’c’/Nc kT)-1] 相当于等效电路中I B 增加两个电流分量。 2.小电流下势垒复合效应的表征 第6章BJT模型和BJT版图6-1 E-M 模型 四、E-M3模型
半导体器件物理(第六章)_93140777
半导体器件 物理进展 第六章其它特殊半导体器件简介Introduction to other Special Semiconductor Devices
本章内容提要： LDMOS、VDMOS等高压功率器件 IGBT功率器件简介 SOI器件与集成电路 电荷耦合器件的原理与应用
1. LDMOS、VDMOS功率器件 （1）MOSFET作为功率器件的优势： MOSFET为多子（多数载流子）器件，电流温度系数为负值（由迁移率随温度的变化引起），不会发生双极型功率器件的二次击穿现象（由Iceo，β随温度的升高而引起）； 没有少子（少数载流子）的存贮效应，开关响应速度较快； 栅极输入阻抗较高，所需的控制功率较小； 具有一定的功率输出能力，可与控制电路集成在一起，形成Smart Power IC，例如LCD显示器的高压驱动电路（Driver）。
（2）MOSFET的击穿特性： （A）导通前的击穿： 源漏穿通： 早期的解释：随着源漏电压增大，→源漏耗尽区不断展宽，直至相碰到一起，→导致发生源漏穿通效应（这里仍然采用的是平面PN结耗尽区的概念，尽管可能不是十分准确）； 目前的理解：由于DIBL效应引起的源漏穿通，与器件的沟道长度及沟道掺杂分布有关，其特点是（与PN结的击穿特性相比）击穿特性的发生不是非常急剧，换句话说，器件的击穿特性不是十分陡直的硬击穿，而是比较平缓的软击穿特性。
漏端PN结击穿： 比单纯的非MOSFET漏区的PN结击穿电压要低（原因：受场区离子注入、沟道区调开启离子注入等因素的影响），由于侧向双极型晶体管的放大作用，使得BV PN 有所下降（类似BV CEO 小于BV CBO ），不同点在于MOS器件的衬底（相当于BJT器件的基区）不是悬空的，而是接地（只是接地电阻可能偏大），这种击穿特性的特点是雪崩电流的发生比较急剧，发生雪崩效应之前的反向电流也很小。 （B ）导通后的击穿：主要是由于侧向双极型晶体管效应所导致，特别是由于器件衬底电流的影响，将使源衬PN 结出现正偏现象，致使侧向双极型晶体管效应更为严重。
计算机组成原理第四章课后习题及答案-唐朔飞(完整版)
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第4章存储器 1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。 答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。 辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。 Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。 RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。 SRAM：静态半导体随机存取存储器。 DRAM：动态半导体随机存取存储器。 ROM：掩膜式半导体只读存储器。由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。 PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。 EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。 EEPROM：电擦写可编程只读存储器。 CDROM：只读型光盘。 Flash Memory：闪速存储器。或称快擦型存储器。 2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。 答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。 按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘； 按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；
按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。 3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如 何管理这些层次？ 答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。 Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。 主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。 综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。 主存与CACHE之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。 4. 说明存取周期和存取时间的区别。 解：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。即： 存取周期 = 存取时间 + 恢复时间 5. 什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为32位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少？ 解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。 存储器带宽= 1/200ns ×32位 = 160M位/秒 = 20MB/秒 = 5M字/秒 注意：字长32位，不是16位。（注：1ns=10-9s）
半导体的导电性
半导体的导电性 1载流子的漂移运动和迁移率 欧姆定律 电流密度 指通过垂直于电流方向的单位面积的电流 漂移速度和迁移率 1.有外加电压时，导体内部的自由电子受到电场力的作用，沿着电场的反方向作定向运动构成电 流。电子在电场力作用下的这种运动称为漂移运动，定向运动的速度称为漂移速度。 2.当导体内部电场E恒定时，电子应具有一个恒定不变的平均漂移速度v_d。电场强度增大时， 电流密度J也相应地增大，因而，平均漂移速度v_d也随着电场强度E的增大而增大，反之亦 然。 3.电子的迁移率μ的大小反映了载流子在外电场的作用下，载流子运动能力的强弱。 半导体的电导率和迁移率 1.半导体的导电作用是电子导电和空穴导电的总和。 2.导电的电子是在导带中，它们是脱离了共价键可以在半导体中自由运动的电子；而导电的空穴 是在价带中，空穴电流实际上是代表了共价键上的电子在价键间运动时所产生的电流。 3.在相同电场作用下，导带电子平均漂移速度>价带空穴平均漂移速度，就是说，电子迁移率>空 穴迁移率。 2载流子的散射 载流子散射的概念 1.在一定温度下，半导体内部的大量载流子即使没有电场作用，它们也不是静止不动的，而是永 不停息地作着无规则的、杂乱无章的运动，称为热运动。 2.载流子无规则热运动与热振动着的晶格原子、电离了的杂质离子发生碰撞，速度方向发生改 变，即电子波在传播时遭到了散射。 3.自由载流子，实际上只在两次散射之间才真正是自由运动的，其连续两次散射间自由运动的平 均路程称为平均自由程，而平均时间称为平均自由时间。 4.存在外电场时，一方面载流子受到电场力的作用，作定向漂移运动；另一方面载流子仍不断地 遭到散射，使运动方向不断发生改变。→运动方向和速度大小不断变化→漂移速度不能无限地积累→加速运动只在两次散射之间存在→平均漂移速度 半导体的主要散射机构 散射原因：周期性势场被破坏而存在附加势场。
半导体物理学课后知识题第五章第六章答案解析
第五章习题 1. 在一个n 型半导体样品中，过剩空穴浓度为1013cm -3, 空穴的寿命为100us 。计算空穴的复合率。 2. 用强光照射n 型样品，假定光被均匀地吸收，产生过剩载流子，产生率为,空 穴寿命为τ。 （1）写出光照下过剩载流子所满足的方程； （2）求出光照下达到稳定状态时的过载流子浓度。 3. 有一块n 型硅样品，寿命是1us ，无光照时电阻率是10Ω?cm 。今用光照射该样品，光被半导体均匀的吸收，电子-空穴对的产生率是1022cm -3?s-1,试计算光照下样品的电阻率，并求电导中少数在流子的贡献占多大比例？ s cm p U s cm p U p 31710 10010 313/10U 100,/10613 ==?= ====?-??-τ τμτ得：解：根据？求：已知：τ τ τ ττ g p g p dt p d g Ae t p g p dt p d L L t L =?∴=+?-∴=?+=?+?-=?∴-. 00 )2()(达到稳定状态时，方程的通解：梯度，无飘移。 解：均匀吸收，无浓度
4. 一块半导体材料的寿命τ=10us ，光照在材料中会产生非平衡载流子，试求光照突然停止20us 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的百分之几？ 5. n 型硅中，掺杂浓度N D =1016cm -3, 光注入的非平衡载流子浓度?n=?p=1014cm -3。计算无光照和有光照的电导率。 cm s pq nq q p q n pq np cm q p q n cm g n p g p p n p n p n p n L /06.396.21.0500106.1101350106.11010.0:101 :1010100 .1916191600' 0003 16622=+=???+???+=?+?++=+=Ω=+==?==?=?=+?-----μμμμμμσμμρττ 光照后光照前光照达到稳定态后% 2606 .38 .006.3500106.1109.,.. 32.01 19161 0' '==???=?∴?>?Ω== -σσρp u p p p p cm 的贡献主要是所以少子对电导的贡献献 少数载流子对电导的贡 。 后，减为原来的光照停止%5.1320%5.13) 0() 20()0()(1020 s e p p e p t p t μτ ==???=?--cm s q n qu p q n p p p n n n cm p cm n cm p n cm n K T n p n i /16.21350106.110:,/1025.2,10/10.105.1,30019160000003403160314310=???=≈+=?+=?+=?===?=??==---μμσ无光照则设
第四章 半导体存储器
第四章半导体存储器 主要内容 存储器概述 半导体读写存储器 只读存储器 主存储器的组成与寻址 高速缓冲存储器 8086/8088的主存储器 第一节存储器概述 一、存储器分类 存储器是计算机系统中的存储信息的部件，用来存储执行的程序和数据处理的结果。 存储器中的最小存储单位是一个二进制代码位，称为一个存储位(元)。 由若干个存储位（元）组合在一起 多个存储单元组成一个存储器(芯片) 1、按存储介质分类 存储介质应该具有两个明显区别的物理状态，表示二进制的0和1。存储器的读写速度与两个物理状态的改变速度相关。 例：磁盘存储器，磁带存储器 2、按存取方式分类 随机存储器单元的内容能够随机存取，存取时间与单元的物理位置无关。例如半导体存储器 顺序存储器单元的内容必须按照顺序来存取，存取时间与单元的物理位置相关。例如磁带存储器 半顺序存储器例如磁盘存储器 3、按存储器的读写功能分类 ROM）内容固定，能读不能写 RAM）能读也能写 4、按信息的可保存性分类 断电后信息能保存的，例如，磁盘存储器，ROM 断电后信息即消失的，例如，RAM 5、按串、并行存取方式分类 并行存储器、串行存储器 二、存储器系统的分级结构 采用三级存储结构 高速缓存内存，是CPU可直接访问。 主存储器 外部存储器外存，CPU不能直接访问。外存中的内容必须调入内存才能被CPU访问。
三、主存储器的技术指标 存储容量，存取时间，存储周期 ※存储容量：一个存储器芯片中可以存储的二进制位数的总数，称为存储器的存储 容量；存储容量常用位(b) 表示，如64Kb，512Kb，10Mb，1Kb=210b 1Gb=230b 1Mb=220b 1Tb=240b；存储容量反映了存储器的空间大小：存储器芯片的数据线有1位、4位、8位。芯片内部是将4位组合为一个单元；8位组合为一个单元 1个单元1位1个单元4位1个单元8位 存储器芯片的容量＝单元数×数据线位数(每个单元位数)，例如1K×4b，8K×8b ※存取时间：又称存储器访问时间，是指CPU给出有效的存储器地址（物理地址）到存储器输出有效数据所需要的时间。 ※存储周期：连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。通常略大于存取时间，其时间单位为ns。 存取时间和存储周期反映了存储器的速度指标 第二节半导体读写存储器 双极型半导体存储器 半导体读写存储器 MOS半导体存储器静态MOS存储器(SRAM)；动态MOS存储器 (DRAM)；非易失MOS存储器（NVRAM） 优点：存取速度快，可靠性高，价格低；缺点：断电时，读写存储器不能保存信息 一、静态RAM的基本结构 双稳态触发器；X,Y地址线；读，写。六管基本存储电路－存储位（元） 一、基本结构及组成四部分（随机读写存储器的结构框图）
半导体器件第六章
▲理想MOS 二极管的工作原理。（说明栅极电压分别为负，零及其正偏电压）。 答：当一理想MOS 二极管偏压为负时，半导体表面可能会出现三种情况，P 型半导体而言，当一负电压施加于金属平板上时，Si SiO -2界面将产生超量的空穴，接近半导体表面的能带向上弯曲，如图，对理想二极管而言，不论外加电压为多少，器件内部均无电流流动，所以半导体内部的费米能级将维持为一个常数，在半导体内部的载流子密度与能级差成指数关系，即____________________。 半导体表面向上弯曲的能带使得的能级差i F E E -变大，进而提升空穴的浓度，而在氧化层与半导体的界面处产生空穴堆积，称为积累现象。其相对应的电荷分布如图所示，当外加更大的正电压时，能带向下弯曲的更严重，使得表面的本征能级i E 越过费米能级F E ，如图，正栅极电压将在 Si SiO -2界面处吸引更多的负载流子（电子），半导体中电子的浓度与能 差i F E E -成指数关系，即_________________________________。 ▲MOS 二极管出现反型标志，强反型标志各是什么？出现强反型时，导电 沟道厚度特点。 答：①当外加一小量正电压于理想MOS 二极管时，靠近半导体表面的能带将向下弯曲，使i F E E =形成多数载流子（空穴）耗尽，称为耗尽现象。在半导体中，单位面积的空间电荷SC Q 的值为W qN A ，其中W 为表面耗 尽区的宽度。②图略 ③随着正偏电压的增大，Ef-Ei>0，在半导体表面上的电子浓度将 于i n ，而空穴浓度将小于i n ，即表面载流子呈现反型，称为反型现象。 ④起初，因电子浓度较小，表面处于弱反型的状态，当能带持续弯曲，使得导带的边缘接近费米能级，当靠近SiO2~Si 由界面的电子浓度等于衬底的掺杂量时，开始产生强反型，在此之后，大部分在半导体中额外的负电荷是由电子在很窄的n 型反型层（i x x ≤≤0）中产生的电荷Qn ，如图所示，组成，其中i x 为反型层的宽度，i x 典型值的范围从1nm~10nm ，且通常远远小于表面耗尽的区域。 ▲MOS 二极管半导体表面耗尽层厚度与半导体表面静电势之间的函数关系？在强反型时两者之间的函数关系呢？并弄够从泊松方程进行推导。 答：电势距离为函数，可由一维的泊松方程求得为______________________。 其中)(x s ρ为位于x 处的单位体积电荷密度，而s ε为介电常数。 下面采用耗尽近似法分析，p-n 结，当半导体耗尽区宽度达到W 时，半导体内的电荷为W qN A s -=ρ，积分泊松方程可得距离x 的函数的表面耗尽区的静电势分布：________。 表面电势______________。注意此电势分布与单边的n p -+ 结相同。当 B S ??>时表面即发生反型，然而，我们需要一个准则来表示强反型的起
半导体物理习题参考答案第四章
第4章 半导体的导电性 2.试计算本征Si 在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1350cm 2/V ?s 和500 cm 2/V ?s 。当掺入百万分之一的As 后，设杂质全部电离，试计算其电导率。掺杂后的电导率比本征Si 的电导率增 大了多少倍？ 解：将室温下Si 的本征载流子密度1.5?1010/cm 3及题设电子和空穴的迁移率代入电导率公式 ()i i n p n q σμμ=+ g 算得 500克Si 单晶的体积为3214.6 cm 2.33 V ==，于是知B 的浓度 ∴18 16-32.510 1.1610 cm 214.6 A Z N V ?===? 室温下硅中此等浓度的 B 杂质应已完全电离，查表4-14知相应的空穴迁移率为400 cm 2/V ?s 。故 161911 1.35cm 1.1610 1.610400 A p N q ρμ-===Ω????? 6. 设Si 中电子的迁移率为0.1 m 2/(V .s)，电导有效质量m C =0.26m 0，加以强度为104V/m 的电场，试
求平均自由时间和平均自由程。 解：由迁移率的定义式*n c c q m τμ=知平均自由时间 *c c n m q μτ?= 代入相关数据，得 3113190.269.1100.1 1.48101.610 n s τ---???==?? 8. 0.1A 的 。 为5.3?10 cm 的施主。 10. 试求本征Si 在473K 时的电阻率。 解：由图4-13查出T=473K 时本征硅中电子和空穴的迁移率分别是 2440 cm /V s n μ=?，2140 cm /V s p μ=? 在温度变化不大时可忽略禁带宽度随温度的变化，则任意温度下的本征载流子密度可用室温下的等效态密度 N C (300)和N V (300)、禁带宽度E g (300)和室温kT=0.026eV 表示为 3/23(300)300()(300)(300)(exp() cm 3000.026g i C V E T n T N N T ?=－