一、填空题
1. 自由电子的能量与波数的关系式为（02
22)(m k h k E =
）
，孤立原子中的电子能量（大小为2
220408n h q m E n ε-=的分立能级），晶体中的电子能量为（电子共有化运动）所形成的（准连续）
的能带。
2. 温度一定时，对于一定的晶体，体积大的能带中的能级间隔（小），对于同一块晶体，当原子间距变大时，禁带宽度（变小）。
3. 玻尔兹曼分布适用于（非简并）半导体，对于能量为E 的一个量子态被电子占据的概率
为（
)ex p()ex p(
)(00T
k E
T k E E f F B -?=），费米分布适用于（简并）半导体，对于能量为E 的
一个量子态被电子占据的概率为（)
e x p (11
)(0T
k E E E f F
-+=
），当EF 满足
（
T
k E E T k E E V F F C 0022≤-≤-或）时，必须考虑该分布。
4. 半导体材料中的（能带结构（直接复合））、（杂质和缺陷等复合中心（间接复合））、（样
品形状和表面状态（表面复合））等会影响非平衡载流子的寿命，寿命值的大小反映了材料晶格的（完整性），是衡量材料的一个重要指标。 5. Si 属于（间接）带隙半导体。导带极小值位于布里渊区的（<100>方向）上由布里渊区中心点Г到边界X 点的（0.85倍）处，导带极值附近的等能面是（长轴沿<100>方向的旋转椭球面），在简约布里渊区，共有（6）个这样的等能面。 6. Ge 属于（间接）带隙半导体。导带极小值位于布里渊区的（<111>方向）上由布里渊区边界L 点处，导带极值附近的等能面是（长轴沿<111>方向的旋转椭球面），在简约布里渊区，共有（4）个这样的等能面。
7. GaAs 属于（直接）带隙半导体。导带极小值位于布里渊区中心点Г处，极值附近的等能面是（球面），在简约布里渊区，共有（1）个这样的等能面。在布里渊区的（<111>方向）边界L 点处，存在高于能谷值0.29eV 的次低能谷，简约布里渊区一共有（8）个这样的能谷。 8. Si 、Ge 和GaAs 能带结构的共同点：1)禁带宽度具有负温度系数2)价带顶位于布里渊区中心，k=0处，等能面不是球面，有轻重空穴之分。
9. 有效质量是（半导体内部势场）作用的概括。由于晶体内部的各向异性，在k 空间的三
个主轴上，有效质量可以表示为（222*11x x k E h m ??=、222*11y y k E h m ??=、2
22*11z
z k E
h m ??=，一般
情况下，*x m ，*y m
，
*z
m 是不等的）。在能带底部，22k
E ??为(正)值，即)0(*
>n m ；在能带顶部，
2
2k
E ??为(负)值，即)0(* n m ），说明此处电子（不受外电场作用，电子从外场获得的能量，全部释放给晶格）。内层电子形成的能带（窄），k E ~曲线曲率（小），22k E ??（小），所以*n m （大）。外层电子能带（宽），22k E ??（大），所以*n m （小）， 共有化运动强，在外力作用下，可以获得更大的加速度。 10. 一种晶体中导带底电子能量E 与波矢K 的关系为A k h E E c 22 2+ =，其中c E 为导带底能量，A 是常数，则电子的有效质量：（A dk E d h m n ==*)(22 2 ）。 11.一维晶体中电子能量E 与波矢K 的关系为B k k h E 2 02)(-=，其中0k 和B 是常数，则电 子速度：（B h dk dE h v 21= = ）。 12. 半导体的陷阱中心使其中心光电导灵敏度（提高），并使其光电导衰减规律（延长衰减 时间）。 13. 当系统处于热平衡状态，也不对外做功的情况下，系统（每增加一个电子）所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势，也就是等于系统的费米能级。费米能级标志了（电子填充能级）的水平。它主要受（掺杂浓度）、（掺杂种类）和（温度）的影响。在绝对零度时， F E E >的能级（没有）电子占据；而F E E <的能级（完全被）电子占据。随着温度的升 高，电子占据F E E >的能级概率（增大），空穴占据F E E <的能级概率（增大）。 二、选择题 1. 施主杂质电离后向半导体导带提供（ B ），受主杂质电离后向半导体价带提供（ A ），本征激发后向半导体提供（ AB ）。A. 空穴 B. 电子 2. 室温下，半导体Si 掺硼的浓度为1014cm -3，费米能级（B ）；继续掺入浓度为1.1×1015cm -3 的磷，费米能级（A ）；将该半导体升温至570K ，费米能级（C ）。（已知：室温下，n i ≈1.5×1010cm -3，570K 时，n i ≈2×1017cm -3）A. 高于E i B. 低于E i C. 约等于E i 3. 对于处于饱和区的半导体硅材料，温度升高将导致禁带宽度（C ），本征流子浓度（A ），多子浓度（B ），少子浓度（A ）。A. 变大 B. 不变 C. 变小 4. 最有效的复合中心能级位置在（ D ）附近；最有利陷阱作用的能级位置在（C ）附近。A. E A B. E D C. E F D. E i 5. 扩散系数反映了载流子在（A ）作用下运动的难易程度，迁移率反映了载流子在（B ）作用下运动的难易程度。A. 浓度梯度 B. 电场 C. 光照 D.磁场 6. 最小电导率出现在（ B ）型半导体。A. n B. p C. 本征 7. 电子在晶体中的共有化运动是指（C ）。 A. 电子在晶体中各处出现的几率相同。 B. 电子在晶体原胞中各点出现的几率相同。 C. 电子在晶体各原胞对应点出现的几率相同。 D. 电子在晶体各原胞对应点的相位相同。 8. 本征半导体是指（D ）的半导体。 A. 电子浓度等于本征载流子浓度 B. 电阻率最高 C. 电子浓度等于空穴浓度 D.不含杂质与缺陷 9. II-VI 族化合物中的M 空位V m 是（C ）。 A. 点阵中的金属原子间隙 B. 一种在禁带中引入施主的点缺陷 C. 点阵中的点阵中的金属原子空位 D. 一种在禁带中引入受主的位错 10. 若某半导体导带中电子出现几率为零，则此半导体必定（A ）。 A. 处于绝对零度 B. 不含任何杂质 C. 不含任何缺陷 D. 不含施主 11. Si 中掺金的工艺主要用于制造（B ）器件。 A. 高可靠性 B. 高频 C. 大功率 D. 高电压 12. 半导体的载流子扩散系数大小决定于其（D ）。 A. 复合机构 B. 能带结构 C. 晶体结构 D. 散射机构 13. 公式* n c m qB = ω和3 2 30* )2(2h T k m N n C π=中的* n m 对于（A ）取值相同。 A. GaAs B. GaP C. Si D. Ge 14. 若用N 取代GaP 中的一部分P ，半导体的禁带宽度（A ）；若用As 则禁带宽度（C ）。 A. 变大 B. 不变 C. 变小 15. GaAs 的导带极值位于布里渊区（D ）。 A. <100>方向边界处 B. <111>方向边界处 C. <110>方向边界处 D.中心 16. 重空穴指的是（C ）。 A. 质量较大的原子形成的半导体产生的空穴 B. 价带顶附近曲率较大的等能面上的空穴 C. 价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴 D. 自旋—轨道耦合分裂出来的能带上的空穴 17. 根据费米分布函数，电子占据（T k E F 0+）能级的几率（B ）。 A. 等于空穴占据（T k E F 0+）能级的几率 B. 等于空穴占据（T k E F 0-）能级的几率 C. 大于电子占据F E 的几率 D. 大于空穴占据F E 的几率 18. 对于只含一种杂质的非简并n 型半导体，费米能级F E 随温度升高而（D ）。 A. 单调上升 B. 单调下降 C. 经过一个极小值后趋近i E D.经过一个极大值后趋近i E 19. 若一种材料的电阻率随温度升高先下降后升高，则该材料是（D ）。 A. 本征半导体 B. 金属 C. 化合物半导体 D. 掺杂半导体 20. 公式*m q τ μ= 中的τ是载流子的（C ）。 A. 渡越时间 B. 寿命 C. 平均自由时间 D. 扩散系数 21. 在太空的空间实验室里生长的GaAS 具有很高的载流子迁移率，是因为这样的材料（D ）。 A. 无杂质污染 B. 受宇宙射线辐射 C. 化学配比合理 D. 晶体完整性好 22. 在光电转换过程中，Si 比GaAs 量子效率低，因为其（D ）。 A. 禁带较窄 B. 禁带较宽 C. 禁带是间接跃迁型 D. 禁带是直接跃迁型 23. 若某材料电阻率随温度上升而先下降后上升，该材料是（C ）。 A ．金属． B ．本征半导体 C ．掺杂半导体 D. 高纯化合物半导体 C ．平均自由时间 D ．扩散系数 24．在硅和锗的能带结构中，在布里渊中心存在两个极大值重合的价带，外面的能带（ B ）， 对应的有效质量（ C ），称该能带中的空穴为( E )。 A. 曲率大； B. 曲率小； C. 大； D. 小； E. 重空穴； F. 轻空穴 25. 如果杂质既有施主的作用又有受主的作用，则这种杂质称为（ F ）。 A. 施主 B. 受主 C.复合中心 D.陷阱 F. 两性杂质 26. 在通常情况下，GaN 呈（ A ）型结构，具有（ C ），它是（ F ）半导体材料。 A ．纤锌矿型；B. 闪锌矿型；C. 六方对称性；D.立方对称性；E.间接带隙；F. 直接带隙 27. 同一种施主杂质掺入甲、乙两种半导体，如果甲的相对介电常数εr 是乙的3/4，m*/m 0是 乙的2倍，那么用类氢模型计算结果是（ D ）。 A.甲的施主杂质电离能是乙的8/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/4 B.甲的施主杂质电离能是乙的3/2，弱束缚电子基态轨道半径为乙的32/9 C.甲的施主杂质电离能是乙的16/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的8/3 D.甲的施主杂质电离能是乙的32/9，弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/8 28. 一块半导体寿命τ=15μs ，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30μs 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（ C ）。 A.1/4 ； B.1/e ； C.1/e 2 ； D.1/2 29. 对于同时存在一种施主杂质和一种受主杂质的均匀掺杂的非简并半导体，在温度足够 高、n i >> /N D -N A / 时，半导体具有 （ B ） 半导体的导电特性。 A. 非本征 B.本征 30.在室温下，非简并Si 中电子扩散系数D ｎ 与ＮＤ 有如下图 （C ） 所示的最恰当的依赖关系 31.在纯的半导体硅中掺入硼，在一定的温度下，当掺入的浓度增加时，费米能级向（ A ） 移动；当掺杂浓度一定时，温度从室温逐步增加，费米能级向( C )移动。 A.E v ； B.E c ； C.E i ； D. E F 32. 把磷化镓在氮气氛中退火，会有氮取代部分的磷，这会在磷化镓中出现（ D ）。 A.改变禁带宽度 ； B.产生复合中心 ； C.产生空穴陷阱 ； D.产生等电子陷阱。 33. 对于大注入下的直接复合，非平衡载流子的寿命不再是个常数，它与（ C ）。 A.非平衡载流子浓度成正比 ； B.平衡载流子浓度成正比； C.非平衡载流子浓度成反比； D.平衡载流子浓度成反比。 34. 杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是（ B ）。 A.变大，变小 ； B.变小，变大； C.变小，变小； D.变大，变大。 35. 如在半导体的禁带中有一个深杂质能级位于禁带中央，则它对电子的俘获率（ B ）空穴的俘获率，它是（ D ）。 A.大于 ； B.等于； C.小于； D.有效的复合中心； E. 有效陷阱。 36.锗的晶格结构和能带结构分别是（ C ）。 A. 金刚石型和直接禁带型 B. 闪锌矿型和直接禁带型 C. 金刚石型和间接禁带型 D. 闪锌矿型和间接禁带型 37. 简并半导体是指（ A ）的半导体。 A 、(E C -E F )或(E F -E V )≤0 B 、能使用玻耳兹曼近似计算载流子浓度 C 、(E C -E F )或(E F -E V )≥0 D 、导带底和价带顶能容纳多个状态相同的电子 38. 在某半导体掺入硼的浓度为1014cm -3, 磷为1015 cm -3 ，则该半导体为（ B ）半导体；其 有效杂质浓度约为（ E ）。 A. 本征， B. n 型， C. p 型， D. 1.1×1015cm -3, E. 9×1014cm -3 39.当半导体材料处于热平衡时，其电子浓度与空穴浓度的乘积为（ B ），并且该乘积和（E 、F ）有关，而与（ C 、D ）无关。 A 、变化量； B 、常数； C 、杂质浓度； D 、杂质类型； E 、禁带宽度； F 、温度 40. 在一定温度下，对一非简并n 型半导体材料，减少掺杂浓度，会使得（ C ）靠近中间能级E i ； 如果增加掺杂浓度，有可能使得（ C ）进入（ A ），实现重掺杂成为简并半导体。 A 、E C ； B 、E V ； C 、E F ； D 、E g ； E 、E i 。 41.最有效的复合中心能级的位置在（D ）附近，最有利于陷阱作用的能级位置位于（C ）附近，并且常见的是（ E ）陷阱。 A 、E A B 、E B C 、E F D 、 E i E 、少子 F 、多子 42. 一块半导体寿命τ=15μs ，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30μs 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（ C ）。 A 、1/4 B 、1/e C 、1/e 2 D 、1/2 43. 半导体中载流子的扩散系数决定于该材料中的（ A ）。 A 、散射机构； B 、复合机构； C 、杂质浓度梯度； C 、表面复合速度。 44.当Au 掺入Si 中时，它引入的杂质能级是（ A ）能级，在半导体中起的是（ C ）的作用；当B 掺入Si 中时，它引入的杂质能级是（ B ）能级，在半导体中起的是（ D ）的作用。 A 、施主 B 、受主 C 、深能级 D 、浅能级 45．对大注入下的直接复合，非子寿命与平衡载流子浓度（ A ） A. 无关； B. 成正比； C. 成反比； D. 的平方成反比 46. 3个硅样品的掺杂情况如下： 甲．含镓1×1017cm ；乙.含硼和磷各1×1017cm ；丙.含铝1×1015cm 这三种样品在室温下的费米能级由低到高（以E V 为基准）的顺序是( B ) A.甲乙丙； B.甲丙乙； C.乙丙甲； D.丙甲乙 47．以长声学波为主要散射机构时，电子的迁移率μn 与温度的（ B ）。 A 、平方成正比； B 、3/2次方成反比； C 、平方成反比； D 、1/2次方成正比； 三、问答题 1. 半导体中浅能级杂质、深能级杂质的作用有何不同？ 答：浅能级杂质在半导体中引入的能级位于禁带中导带底（或价带顶）附近，深能级杂质在半导体中引入的能级位于禁带中央附近，远离导带底（或价带顶）。浅能级杂质容易在半导体中施放多余的电子或空穴，电离能很低，可通过浅施主或受主的掺杂改变半导体的导电类型和电导率。深能级杂质不会影响半导体的导电性，但可作为有效的复合中心，改变非平衡载流子的寿命。 2. 试定性分析Si 的电阻率与温度的变化关系，并画出示意图。 答： Si 的电阻率与温度的变化关系可以分为三个阶段，如图所示 （1）AB 段。温度很低时，电阻率随温度升高而降低。因为这时本征激发极弱，可以忽略；载流子主要来源于杂质电离，随着温度升高，载流子浓度逐步增加，相应地电离杂质散射也随之增加，从而使得迁移率随温度升高而增大，导致电阻率随温度升高而降低。 （2）BC 段。温度进一步增加（含室温），电阻率随温度升高而升高。在这一温度范围内，杂质已经全部电离，同时本征激发尚不明显，故载流子浓度基本没有变化。对散射起主要作用的是晶格散射，迁移率随温度升高而降低，导致电阻率随温度升高而升高。 （3）CD 段。温度再进一步增加，电阻率随温度升高而降低。这时本征激发越来越多，虽然迁移率随温度升高而降低，但是本征载流子增加很快，其影响大大超过了迁移率降低对电阻率的影响，导致电阻率随温度升高而降低。当然，温度超过器件的最高工作温度时，器件已经不能正常工作了。 3. Si 和GaAs 都是复式格子，为两个面心立方格子沿体对角线方向平移套构而成，二者的解理面是否相同？为什么？ 答：密勒指数小的晶面族的面间距较大，而往往成为晶体的解理面。Si 的解理面是（111）面，而GaAs 的解理面是（110）面。由于Si 密排面内原子密集，而且层密排面内每层原子都有3个共价键与另一层结合，所以双层密排面内结合很强。然而，在2个双层面之间间距较大，而且共价键少，平均2个原子之间才有1个共价键，致使双层密排面之间结合力弱。但是，对于GaAs 而言，公有化的价电子具有离子性，最密排面（111）上的双原子层构成电偶极层，不易解理，自然解理面是次密排面（110）。 4. 请指出Si 和GaAs 的器件工作温度上限的决定因素，当施主浓度同为5×1015 cm -3 时，画出电子浓度随温度（从室温开始）的变化（假定室温时完全电离）。已知本征载流子浓度随 T n T 温度的变化如图所示。 答：半导体器件稳定工作要求载流子在一定温度范围内的浓度一定。一般器件当中的载流子主要来源于杂质电离，而将本征激发忽略不计。然而，随着温度的升高，本征载流子浓度会迅速增加，)2exp() (02 /1T k E N N n g V C i - =。当温度足够高时，本征激发占主要地位，器件 失效。相同温度下，由于砷化镓的禁带宽度大于硅的，所以砷化镓在更高的温度下才能达到 与杂质浓度相差一个量级，也就是具有更高的温度上限。本题中施主浓度为5×1015 cm -3 ， 器件稳定工作要求本征载流子浓度至少要比杂质浓度低1个数量级，即不能超过5×1014 cm -3 ，查表可知，此浓度对应的Si 的温度极限为520K ，Ge 为370K ，而GaAs 为720K 。 5. 金属与本征半导体的导电机制有什么区别？画图并分析二者电阻率与温度的关系。 答：原子中的内层电子都是占据满带的能级，它对导电没有贡献。金属原子的价电子占据的能带是部分占满的，构成导带，在外电场作用下，电子可以吸收能量跃迁到未被电子占据的能级，形成电流，起到导电作用。对于半导体，温度为热力学零度时，价电子都分布在满带，而禁带之上的导带并没有电子，构成空带，但是由于温升或光照等原因，满带中的电子吸收能量，可以跃迁到空带上去，这样，导带中出现的少量电子将参与导电，同时，少了电子、出现了空量子态（空穴）的满带也参与了导电。导带中的电子和价带中的空穴都参与导电，这与金属只有半满的导带中的价电子导电不同。金属的电阻率随着温度升高而单调下降。对于半导体，本征半导体电子和空穴浓度随温度升高指数增加)2exp()(02/1T k E N N n g V C i - =， 而迁移率随温度的降低相对较弱， 2 /32 3* 1T BN AT m q i + = μ，因为N i 很小，2 3 - T BN i 的作用可以 忽略，即晶格散射起主导作用，所以本征半导体的电阻率随温度上升而下降。 6. 分析影响常见半导体迁移率的因素。解释为何纯净的GaAs 的电子迁移率（8000 cm 2/(V·s)）远大于Si 的（1350 cm 2/(V·s)） 300K 520K 720K T 5×1015cm -3 电子浓度n Si GaAs 答：迁移率是单位电场强度下载流子所获得的平均漂移速率。*== m q E v d τ μ，影响迁移率的主要因素有能带结构（载流子有效质量）、温度和各种散射机构。由于纯净的GaAs 的导 带底等能面为球面且曲率较大，有较小的有效质量，而硅的导带底附近等能面为旋转椭球面，电导有效质量明显高于砷化镓的，所以Si 迁移率较低。 7. 比较复合中心与陷阱中心的异同，并指出什么是最有效的复合中心、陷阱中心。 答： 半导体中的杂质和缺陷在禁带中形成一定的能级，使非平衡载流子的寿命减小，有促进复合的作用。这些促进复合过程的杂质和缺陷称为复合中心。能级靠近禁带中央E i 的复合中心最有效。 当半导体中出现非平衡载流子时，必然引起杂质能级上电子数目的改变，杂质能级的这种积累非平衡载流子的作用就称为陷阱效应。当所积累的非平衡载流子的数目可以与导带和价带中非平衡载流子数目相比拟，把有显著陷阱效应的杂质能级称为陷阱，而把相应的杂质和缺陷称为陷阱中心。靠近费米能级E F 的为有效的陷阱中心。 8. 什么是准费米能级，引入的意义是什么？ 答：当半导体处于非平衡状态时，无统一的费米能级。为了描述同一能带内平衡而能带间非平衡的状态，引入准费米能级概念。非平衡状态下的载流子浓度可用与热平衡状态类似的公式表示。 ) e x p e x p )(e x p 0c kT -E E (n )kT -E E (n kT E E N n F n F i F n F n F c ==--= ) kT -E E (n )kT -E E (p )kT -E E (N p p F F i F p F F p F v exp exp exp 0==-= ) e x p e x p 200kT -E E (n )kT E E (p n np p F n F i p F n F =-= 9. 设硅中金原子的浓度为1015cm -3，试说明金对硅中的非平衡载流子的影响及用途； 在下面两种情况下硅中金原子的带电状态： (a)硅中有浓度为1016cm -3的磷； (b)硅中有浓度为1016cm -3的硼。 E c E v E F E c E v n F E p F E 热平衡时的费米能级 n 型半导体的准费米能级 E C E V E A E D 0.54ev 0.35ev 答：（1）金在硅中引入深施主和深受主能级，不提供载流子，但会作为复合中心，有效降低非平衡载流子的寿命，通常用在开关器件中。 （2）根据费米能级的位置来判断，（a ）为n 型半导体，费米能级在禁带中央上部，靠近导带底，金能级上被电子填充，显示受主，带负电；（b ）为p 型半导体，费米能级在禁带中央下部，靠近价带顶，金能级上无电子填充，显示施主，带正电。 10. 解释室温下n 型半导体材料的扩散系数D n 随掺杂杂质浓度N D 的变化规律。 答：温度一定时，扩散系数与迁移率的比值为定值，q T k D n n 0=μ爱因斯坦关系式，扩散系数 随掺杂杂质浓度的变化取决于迁移率，而 2 /32 3* 1T BN AT m q i + = μ迁移率受电离杂质散射的影 响，温度一定时，迁移率随电离杂质浓度升高而降低。 11. 什么是非平衡载流子的寿命？影响非平衡载流子的寿命的主要因素有哪些？ 答：外界作用使半导体中产生多余的电子空穴对，额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。当外界作用撤消后，非平衡载流子会逐渐复合而消失，重新回到热平衡状态，非平衡载流子消失所需的平均时间为非平衡载流子寿命，当时间达到该值时，非平衡载流子的浓度衰减为初始值的1/e 。寿命大小标志着晶体的完美性，因为其中的杂质、缺陷及样品的表面状况都会影响寿命值。 12. 为什么Si 半导体器件的临界工作温度比Ge 半导体器件的临界工作温度高？ 答：本征载流子浓度比杂质浓度低一个数量级以上时，可认为载流子全部由杂质电离产生，超过此值半导体器件失效。而一定温度下本征载流子浓度主要取决于禁带宽度， )2exp()(02/1T k E N N n g V C i - =，由于硅的禁带宽度大于锗的，所以硅在更高的温度下才能 达到与杂质浓度相差一个量级，硅器件具有更高的温度上限。 13.什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明。 答：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥Eg ）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。 14. 实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？ 答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。 （2）理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。 （3）理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。 15. 举例说明什么是受主杂质，什么是p 型半导体？ 答：能够接受电子而在价带中产生空穴，并形成负电中心的杂质，称为受主杂质，掺有受主型杂质的半导体叫P 型半导体。 16. 漂移运动和扩散运动有什么不同？ 答：漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均匀导致载流子从浓度高的地方向浓度底的方向的定向运动。前者的推动力是外电场，后者的推动力则是载流子的分布引起的。 17. 解释重掺杂半导体使禁带变窄的原因。 答：重掺杂后杂质原子间出现轨道交叠，产生能级分裂，扩展为杂质能带，杂质能带中的电子可以在杂质原子间作共有化运动，杂质的电离能减小，杂质能带的带尾进入导带或价带，使电离能变为零，引起禁带变窄。 18. 若P 型硅中掺入受主杂质，E F 是升高还是降低？若n 型硅中掺入受主杂质，E F 是升高还是降低？ 答：P 型硅中掺入受主杂质，E F 降低。费米能级是电子填充水平的标志，向P 型硅中掺入受主杂质，随杂质浓度的增加，载流子浓度增加，费米能级下降。n 型硅中掺入受主杂质，E F 降低。向n 型硅中掺入受主杂质，考虑杂质补偿效应，有效施主浓度降低，费米能级下降。 19. 对于由直接复合过程所决定的半导体，在下述条件，是否有载流子的净复合或净产生：(1)在载流子完全耗尽(即n,p 都远小于n i 时)的半导体区域；(2)在n=p 的半导体区域，此处n>>n i ，(3)在只有少数载流子被耗尽(例如，n 型半导体中的空穴浓度p n 远小于热平衡时的p n0而n n =n n0)的半导体区域。 答：由于直接复合过程中，U 正比于（np-n i 2），（1）np< （2）np< 20. 如图所示为费米分布函数与温度关系曲线。请指出图上三条曲线A 、B 、C 的温度关系。 答：依题意：T A =0K 21. 已知能量曲线E(k)的形状如图所示，试回答： （1）在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个带中，哪一个带的电子有效质量数值最小？ 0 0.5 1 f(E) E E F A B C 答：(III,因为能带最宽) （2）在考虑Ⅰ、Ⅱ两个带充满电子，而第Ⅲ个带全空的情况，如果少量电子进入第Ⅲ个带，在Ⅱ带中产生同样数目的空穴，那么Ⅱ带中的空穴有效质量同Ⅲ带中的电子有效质量相比，是一样、还是大或小？ 答：（大，因为II 窄，II 的||* p m =II 的||* n m >III 的） 能量、速度、有效质量和波矢的关系 22. 请画出能量、速度、有效质量和波矢的关系。（见上图） 四、证明题： 1. 对于某n 型半导体，试证明其费米能级在其本征半导体的费米能级之上，即E F n>E F i 。 i n n >0 ，利用（3-19）式有：)k E -E ex p()k E -E ex p(0F C 0F C T i N T n N C C -?>-?∴成立 2. 假设在300K 下，一种施主浓度为N D 的非简并半导体，其禁带宽度为E g 、导带和价带有 效状态密度分别为N C 和N V ，试证明它由掺杂状态到本征状态的临界温度T d 符合下式： ??? ? ???= 320)300(ln d D V C g d T N N N k E T 0 m * 0 E k -1/2a 0 1/2a V 证明：依题意有：i D n N n ≤=0 而)2exp(''0d g V C i T k E N N n - = （1） 3 2 30*) 2(2h T k m N n C π= （2） 以及 3 2 30*)2(2h T k m N p V π= （3） 同时 32 3 0* ' )2(2h T k m N d n C π= （4） 以及 3 2 30* ' )2(2h T k m N d p V π= （5） 则23)300('d C C T N N ?= （6） 且有23 )300 ('d V V T N N ?= （7） 将（6）、（7）式带入（1）式，有)2exp()300(02 3 d g d V C i T k E T N N n -= 证毕 3. 假若一种半导体为n 型，除了掺杂浓度为N D 的施主，还掺有少量的浓度为N A 的受主， 请证明弱电离情况下该半导体的电子浓度满足下式： )ex p(2)(00T k E N N N N n D A A D C ?--= 式中施主的电离能为D E ?，C N 为导带底有效状态密 度。 证明：热平衡状态下的电中性方程：- +A p n 0=+ +D n p 0 （1） 对于本题的弱电离情况，A A N p =- ，0p 可以忽略。 而))ex p(21 11 1(0T k E E N n N n F D D D D D -+- =-=+ （2） 所以（1）式为：))ex p(21 11 1(00T k E E N N n F D D A -+- =+=)ex p(210T k E E N F D D --+ （3） 若假设)ex p(2)ex p(200' T k E N T k E E N N D C C D C C ?-=-= （4） 根据)ex p(00T k E E N n F C C -- = （5）， 则得到：0)()(' 0' 20=--++A D C A C N N N n N N n （6） 求得： 2 )(4)(2'2'' 0A D C A C A C N N N N N N N n -+++ +-= （7） 式（7）就是杂质未完全电离的载流子普遍公式。 在极低温下，A C N N <<' ，而且0n 2可以忽略，则有： )exp(2)()(0'0T k E N N N N N N N N n D A A D C A A D C ?--=-=，证毕。 4. 试证明Si 和Ge 中导带底附近状态密度公式为：21 3 2 3 )() 2(4)(C dn c E E h m V E g -=π 证明：Si 、Ge 导带底附近k k E ~)(关系：)(2)(232 2 212l t C m k m k k h E k E +++= （1） 而已知椭球方程形式为：122322 2 221=++c k b k a k （2） 对比可知椭球的三个轴：21 2)(2??? ??-==h E E m b a C t 、2 12 )(2?? ? ??-=h E E m c C l 根据椭球体积公式：23 21 23)()8(3434C l t E E m m h abc V -==ππ椭球 （3） 对E E E ?+→范围的椭球壳体积为：dE E E m m h dE dE dV dV C l t 21 21 23)()8(2-==π （4） 设晶体体积为V ，则其量子态密度为2V （考虑自旋），故在能量空间为dV 体积内，量子态 数为： dE E E m m h V VdV dZ C l t 21 2123)()8(222-==π （5） 因为导带极值在k 空间有S 个，则状态密度： () 2 13 2 12)8(4)(C l t C E E h m m Vs dE dZ E g -==π （6） 若令()() 2 1 2 2 382l t dn m m S m =，则有导带电子状态密度有效质量( )3 122 3l t dn m m s m =，证毕。 4. 存在内建电场时，电子浓度公式为：n 0(x)=n C exp[(E F +qV(x)-E C )/k 0T]；式中V(x)为各处不相等的电势。 对上式求导，有：dn 0/dx=n 0q/k 0TdV(x)/dx (1)；式中-dV(x)/dx=|E| (2) 又因为热平衡时的电子电流和空穴电流的总电流应该分别为零， 即（J n ）=（J n ）漂移+（J n ）扩散=0也就是qA(nu n E -D n dn 0/dx)=0 (3) 把（2）式带入（1）式，再将（1）式带入（3）式，有：nu n E=D n n 0qE/k 0T ，即D n /u n = k 0T/q 。 同理，对于空穴有D p /u p = k 0T/q 。此两式称为爱因斯坦关系。 三、写出半导体中载流子的连续性方程，并说明方程各项的物理意义。 空穴：p p p p p g p x p E u p x E u x p D t p +?-??-??-??=??τ||||22 电子：n n n n n g n x n E u n x E u x n D t n +?-??+??+??=??τ||||22 半导体载流子输运规律：左边是单位时间单位体积内载流子浓度变化率。半导体载流子输运 规律右边第一项是为单位时间、单位体积内由于载流子浓度梯度不均匀所引起的载流子积累（扩散运动）、第二项是漂移过程中单位时间、单位体积内载流子浓度不均匀引起的载流子积累，第三项是在不均匀的电场中因漂移速度随位置的变化而引起的单位时间、单位体积内载流子浓度，第四项是单位时间、单位体积内复合消失引起的载流子的变化，第五项是其他外界因素导致的单位时间、单位体积内载流子产生率。 一、填充题 1. 两种不同半导体接触后, 费米能级较高的半导体界面一侧带电 达到热平衡后两者的费米能级。 2. 半导体硅的价带极大值位于k空间第一布里渊区的中央，其导带极小值位于 方向上距布里渊区边界约0.85倍处，因此属于半导体。 3. 晶体中缺陷一般可分为三类：点缺陷，如；线缺陷， 如；面缺陷，如层错和晶粒间界。 4. 间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为； 形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为。 5．杂质可显著改变载流子浓度；杂质可显著改变非平衡载流子的寿命，是有效的复合中心。 6. 硅在砷化镓中既能取代镓而表现为，又能取代砷而表现 为，这种性质称为杂质的双性行为。 7．对于ZnO半导体，在真空中进行脱氧处理，可产生，从而可获得 ZnO半导体材料。 8．在一定温度下，与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为，高于费米能级2kT能级处的占据概率为。 9．本征半导体的电阻率随温度增加而，杂质半导体的电阻率随温度增加，先下降然后，再单调下降。 10．n型半导体的费米能级在极低温（0K）时位于导带底和施主能级之间处，随温度升高，费米能级先上升至一极值，然后下降至。 11. 硅的导带极小值位于k空间布里渊区的方向。 12. 受主杂质的能级一般位于。 13. 有效质量的意义在于它概括了半导体的作用。 14. 除了掺杂，也可改变半导体的导电类型。 15. 是测量半导体内载流子有效质量的重要技术手段。 16. PN结电容可分为和扩散电容两种。 17. PN结击穿的主要机制有、隧道击穿和热击穿。 18. PN结的空间电荷区变窄，是由于PN结加的是电压。 19.能带中载流子的有效质量反比于能量函数对于波矢k的， 引入有效质量的意义在于其反映了晶体材料的的作用。 20. 从能带角度来看，锗、硅属于半导体，而砷化稼 属于半导体，后者有利于光子的吸收和发射。 21．除了这一手段，通过引入也可在半导体禁带中引入能级，从而改变半导体的导电类型。 22. 半导体硅导带底附近的等能面是沿方向的旋转椭球面，载流 子在长轴方向（纵向）有效质量m l 在短轴方向（横向）有效质量m t 。 23.对于化学通式为MX的化合物半导体，正离子M空位一般表现 半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半导体基础知识 通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类为导体，它可以很好的传导电流，如：金属类，铜、银、铝、金等；电解液类：NaCl水溶液，血液，普通水等以及其它一些物体。第二类为绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类为半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si硅等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义为长1厘米、截面积为1平方厘米的物质的电阻值，单位为欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下，绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。 半导体的性质既不象一般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由于它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于半导体具有以下的特殊性质： (1) 温度的变化能显著的改变半导体的导电能力。当温度升高时，电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏组件（如热敏电阻等），但是由于半导体的这一特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件自身产生的热量，需要考虑器件使用环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。 (2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照后导电能力可提高几十到几百倍，利用这一特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。 (3) 在纯净的半导体中加入微量（千万分之一）的其它元素（这个过程我们称为掺杂），可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特征。例如在原子密度为5*1022/cm3的硅中掺进大约5X1015/cm3磷原子，比例为10-7（即千万分之一），硅的导电能力提高了几十万倍。 物质是由原子构成的，而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小，带负电，在一定的轨道上运转；原子核带正电，电荷量与电子的总电荷量相同，两者相互吸引。当原子的外层电子缺少后，整个原子呈现正电，缺少电子的地方产生一个空位，带正电，成为电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。 前面提到掺杂其它元素能改变半导体的导电能力，而参与导电的又分为电子和电洞，这样掺杂的元素（即杂质）可分为两种：施主杂质与受主杂质。 将施主杂质加到硅半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多自由电子参与导电，而杂质本身失去电子形成正离子，但不是电洞，不能接受电子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要为五族元素：锑、磷、砷等。 将施主杂质加到半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多电洞参与导电，这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要为三族元素：铝、镓、铟、硼等。 电洞和电子都是载子，在相同大小的电场作用下，电子导电的速度比电洞 电子科技大学二零零六至二零零七学年第一学期期末考试半导体物理课程考试题卷（ 120分钟）考试形式：闭卷考试日期200 7年 1 月 14日 注：1、本试卷满分70分，平时成绩满分15分，实验成绩满分15分； 2.、本课程总成绩=试卷分数+平时成绩+实验成绩。 课程成绩构成：平时分，期中分，实验分，期末分 一、选择填空（含多选题）（2×20=40分） 1、锗的晶格结构和能带结构分别是（ C ）。 A. 金刚石型和直接禁带型 B. 闪锌矿型和直接禁带型 C. 金刚石型和间接禁带型 D. 闪锌矿型和间接禁带型 2、简并半导体是指（ A ）的半导体。 A、(E C -E F )或(E F -E V )≤0 B、(E C -E F )或(E F -E V )≥0 C、能使用玻耳兹曼近似计算载流子浓度 D、导带底和价带顶能容纳多个状态相同的电子 3、在某半导体掺入硼的浓度为1014cm-3, 磷为1015cm-3，则该半导体为（ B ）半导体；其有效杂质浓度约为（ E ）。 A. 本征， B. n型， C. p型， D. 1.1×1015cm-3, E. 9×1014cm-3 4、当半导体材料处于热平衡时，其电子浓度与空穴浓度的乘积为（ B ），并且该乘积和（E、F ）有关，而与（ C、D ）无关。 A、变化量； B、常数； C、杂质浓度； D、杂质类型； E、禁带宽度； F、温度 5、在一定温度下，对一非简并n型半导体材料，减少掺杂浓度，会使得（ C ）靠近中间能级E i ；如果增加掺杂浓度，有可能使得（ C ）进入（ A ），实现重掺杂成为简并半导 体。 A 、E c ； B 、E v ； C 、E F ； D 、 E g ； E 、E i 。 67、如果温度升高，半导体中的电离杂质散射概率和晶格振动散射概率的变化分别是（C ）。 A 、变大，变大 B 、变小，变小 C 、变小，变大 D 、变大，变小 8、最有效的复合中心能级的位置在（D ）附近，最有利于陷阱作用的能级位置位于（C ）附近，并且常见的是（ E ）陷阱。 A 、E A ； B 、E B ； C 、E F ； D 、 E i ； E 、少子； F 、多子。 9、一块半导体寿命τ=15μs ，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30μs 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（ C ）。 A 、1/4 B 、1/e C 、1/e 2 D 、1/2 10、半导体中载流子的扩散系数决定于该材料中的（ A ）。 A 、散射机构； B 、复合机构； C 、杂质浓度梯度； C 、表面复合速度。 11、下图是金属和n 型半导体接触能带图，图中半导体靠近金属的表面形成了（D ）。 A 、n 型阻挡层 B 、p 型阻挡层 C 、p 型反阻挡层 D 、n 型反阻挡层 12、欧姆接触是指（ D ）的金属－半导体接触。 A 、W ms =0 B 、W ms ＜0 C 、W ms ＞0 D 、阻值较小并且有对称而线性的伏－安特性 13、MOS 器件中SiO 2层中的固定表面电荷主要是（ B ），它能引起半导体表面层中的能带（ C ）弯曲,要恢复平带，必须在金属与半导体间加（ F ）。 A ．钠离子； B 硅离子.；C.向下；D.向上；E. 正电压；F. 负电压 二、证明题：（8分） 由金属－SiO 2－P 型硅组成的MOS 结构，当外加的电压使得半导体表面载流子浓度n s 与内部多数载流子浓度P p0相等时作为临界强反型层条件，试证明：此时半导体的表面势为： 证明：设半导体的表面势为V S ，则表面的电子浓度为： 200exp()exp()S i S s p p qV n qV n n KT p KT == （2分） 当n s =p p0时，有：20exp( ),S p i qV p n KT = （1分） 第一篇 半导体中的电子状态习题 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？试定性说 明之。 1-2、 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。 1-4、简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征。 1-5、某一维晶体的电子能带为 [])sin(3.0)cos(1.01)(0ka ka E k E --= 其中E 0=3eV ，晶格常数a=5х10-11m 。求： （1） 能带宽度； （2） 能带底和能带顶的有效质量。 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、 解：空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电子的 集体运动状态，是准粒子。主要特征如下： A 、荷正电：+q ； B 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； C 、E P =-E n D 、m P *=-m n *。 1-4、 解： （1） Ge 、Si: a ）Eg (Si ：0K) = 1.21eV ；Eg (Ge ：0K) = 1.170eV ； b ）间接能隙结构 c ）禁带宽度E g 随温度增加而减小； （2） GaAs ： a ）E g （300K ）= 1.428eV ，Eg (0K) = 1.522eV ； b ）直接能隙结构； c ）Eg 负温度系数特性： dE g /dT = -3.95×10-4eV/K ； 1-5、 解： （1） 由题意得： [][])sin(3)cos(1.0)cos(3)sin(1.002 2 20ka ka E a k d dE ka ka aE dk dE +=-= 半导体技术期末复习集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 1.20世纪上半叶对半导体产业发展做出贡献的4种不同产业。P2 答：真空管电子学、无线电通信、机械制表机、固体物理 2.列出5个集成时代，指出每个时代的时间段，并给出每个时代每个芯片上的元件数。P4 小规模集成电路 20世纪60年代前期 2-50个芯片 中规模集成电路 20世纪60年代到70年代前期 20-5000个芯片 大规模集成电路 20世纪70年代前期到70年代后期 5000-100000个芯片 超大规模集成电路20世纪70年代后期到80年代后期个芯片 甚大规模集成电路 20世纪90年代后期至今大于1000000个芯片 3.列出提高微芯片制造技术相关的三个重要趋势，简要描述每个趋势。P8 1、提高芯片性能:提高速度和降低功耗。1）、器件做的越小，芯片上的器件就越多，芯片的速度就提高；2）、使用材料，通过芯片表面的电路和器件来提高电信号的传输。 2、提高芯片可靠性 3、降低芯片成本 原因：根本原因是得益于CD尺存的减小；半导体产品市场的大幅度增长。 4.什么是芯片的关键尺寸？这种尺寸为何重要？P9 芯片的物理尺寸特征被称为特征尺寸，最小的特征尺寸称为关键尺寸。 将CD作为定义制造复杂性水平的标准，也就是如果你拥有在硅片上制造某种CD的能力，那你就能加工其他所有特征尺寸，由于这些尺寸更大，因此更容易生产。例如，如果芯片上的最小尺寸是0.18um，那么这个尺寸就是CD。半导体产业使用“技术节点”这一术语描述在硅片制造中使用的可应用CD . 5.什么是摩尔定律？它预测了什么？这个定律正确吗？P10 1964年摩尔预言在一块芯片上的晶体管数大约每隔一年翻一番（后来在1975年被修正为预计每18个月翻一番）。摩尔定律惊人的准确！ 6.以B掺入Si中为例，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和P型半导体。 在硅晶体中掺入硼，硼是Ⅲ族元素，硼替代原有硅原子位置，由于Ⅲ族元素最外层只有3个价电子，与周围硅原子产生共价键时，产生一个空穴，而本身接受一个电子称为带负电的离子，通常我们称这种杂质为受主杂质。这种半导体主要依靠受主提供的空穴导电，这种依靠空穴导电的半导体称为p型半导体。 7.以As掺入Ge中为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和N 型半导体。 在As中掺入Ge ， Ge 是V族元素杂质， Ge杂质会替代原来硅原子的位置，与周围的硅原子形成共价键，多余的一个电子便成了能够导电的自由电子，本身变成带正电的离子，通常我们称这种杂质为施主杂质。这种半导体依靠施主提供的电子导电，这种依靠电子导电的半导体称为n型半导体。 第一章半导体中的电子状态例1.证明:对于能带中的电子，K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。即：v(k)= －v(－k)，并解释为什么无外场时，晶体总电流等于零。 解：K状态电子的速度为： ?????????????????????????????????????????? （1）同理，－K状态电子的速度则为： ????????????????????????????????????????（2）从一维情况容易看出：??????? ????????????????????????????????????????????????????????（3）同理有：????????????????????????????? ????????????????????????????????????????????????????????（4）???????????????????????????????????????????????????????? ?????????????????????（5） 将式（3）（4）（5）代入式（2）后得： ??????????????????????????????????????????（6）利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关，即：E(k)=E(－k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同，且v(k)=－v(－k)故这两个状态上的电子电流相互抵消，晶体中总电流为零。 例2.已知一维晶体的电子能带可写成： 式中，a为晶格常数。试求： （1）能带的宽度； （2）能带底部和顶部电子的有效质量。 解：（1）由E(k)关系??????????????????? ??????????????????????????????????????????????? （1） ????????????????????????????????????（2）令???得：????? 当时，代入（2）得： 对应E(k)的极小值。 ?当时，代入（2）得： 对应E(k)的极大值。 根据上述结果，求得和即可求得能带宽度。 故：能带宽度????????? （3）能带底部和顶部电子的有效质量： 习题与思考题： 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？试定性说明之。 2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。 1.1 半导体基础知识概念归纳 本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。 电流形成过程：自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。 绝缘体原子结构：最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子。 绝缘体导电性：极差。如惰性气体和橡胶。 半导体原子结构：半导体材料为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧。 半导体导电性能：介于半导体与绝缘体之间。 半导体的特点： ★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。 ★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。 晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。 共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。 自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。 空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。 电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。 空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。 本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。 载流子：运载电荷的粒子称为载流子。 导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。 本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。 本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。 复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴， 复习思考题与自测题 第一章 1.原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况石何不同，原子中内层电子和外层电子 参与共有化运动有何不同。 答：原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形式存在，没有一个固定的轨道；而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子，在晶体周期性势场中运动。当原子互相靠近结成固体时，各个原子的内层电子仍然组成围绕各原子核的封闭壳层，和孤立原子一样;然而，外层价电子则参与原子间的相互作用，应该把它们看成是属于整个固体的一?种新的运动状态。组成晶体原子的外层电子共有化运动较强，其行为与自由电子相似，称为准自由电子，而内层电子共有化运动较弱，其行为与孤立原子的电子相似。 2.描述半导体中屯子运动为什么要引入〃有效质量〃的概念，用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性。 答：引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。惯性质量描述的是真空中的自由电子质量，而不能描述能带中不自由电子的运动，通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动，成为有效质量 3.一般来说，对应于高能级的能带较宽，而禁带较窄，是否如此，为什么？ 答：不是，能级的宽窄取决于能带的疏密程度，能级越高能带越密，也就是越窄；而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度，掺杂浓度高，禁带就会变窄，掺杂浓度低，禁带就比较宽。 4.有效质量对能带的宽度有什么影响，有人说:〃TF效质量愈大，能量密度也愈大，因而能带愈窄. 是否如此，为什么？ 答：有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比，对宽窄不同的各个能带，1 (k)随k的变化情况不同，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大，内层电子的能带窄，有效质量大；外层电子的能带宽，有效质量小。 5.简述有效质量与能带结构的关系； 答：能带越窄，有效质量越大，能带越宽，有效质量越小。 6.从能带底到能带顶，晶体中电子的有效质量将如何变化？外场对电子的作用效果有什么不同； 答：在能带底附近，电子的有效质量是正值，在能带顶附近，电子的有效质量是负值。在外电F dk 我们知道，电子电路是由晶体管组成，而晶体管是由半导体制成的。所以我们在学习电子电路之前， 一定要了解半导体的一些基本知识。 这一章我们主要学习二极管和三极管的一些基本知识，它是本课程的基础，我们要掌握好在学习时我们把它的内容分为三节，它们分别是： 1、1 半导体的基础知识 1、2 PN结 1、3 半导体三极管 1、1 半导体的基础知识 我们这一章要了解的概念有：本征半导体、P型半导体、N型半导体及它们各自的特征。一:本征半导体 纯净晶体结构的半导体我们称之为本征半导体。常用的半导体材料有：硅和锗。它们都是四价元素，原子结构的最外层轨道上有四个价电子，当把硅或锗制成晶体时，它们是靠共价键的作用而紧密联系在一起。 共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。我们用晶体结构示意图来描述一下；如图（1）所示：图中的虚线代表共价键。 在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流； 同时价电子也按一定的方向一次填补空穴，从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。 因此，在晶体中存在两种载流子，即带负电自由电子和带正电空穴，它们是成对出现的。二：杂质半导体 在本征半导体中两种载流子的浓度很低，因此导电性很差。我们向晶体中有控制的掺入特定的杂质来改变它的导电性，这种半导体被称为杂质半导体。 1.N型半导体 在本征半导体中，掺入5价元素，使晶体中某些原子被杂质原子所代替，因为杂质原子最外层有5各价电子，它与周围原子形成共价键后，还多余一个自由电子，因此使其中的空穴的浓度远小于自由电子的浓度。但是，电子的浓度与空穴的浓度的乘积是一个常数，与掺杂无关。在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 2.P型半导体 在本征半导体中，掺入3价元素，晶体中的某些原子被杂质原子代替，但是杂质原子的最外层只有3个价电子，它与周围的原子形成共价键后，还多余一个空穴，因此使其中的空穴浓度远大于自由电子的浓度。在P型半导体中，自由电子是少数载流子，空穴使多数载流子。 1、2 P—N结 第1章半导体器件 一、是非题 (注:请在每小题后[ ]内用"√"表示对,用"×"表示错) 1、P型半导体可通过在本半导体中掺入五价磷元素而获得。（） 2、N型半导体可以通过在本征半导体中掺入三价元素而得到。（） 3、在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以发型为P型半导体。（） 4、P型半导体带正电，N型半导体带负电。（） 5、N型半导体的多数载流子是电子，所以它带负电。（） 6、半导体中的价电子易于脱离原子核的束缚而在晶格中运动。（） 7、半导体中的空穴的移动是借助于邻近价电子与空穴复合而移动的。（） 8、施主杂质成为离子后是正离子。（） 9、受主杂质成为离子后是负离子。（） 10、PN结中的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。（） 11、漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。（） 12、由于PN结交界面两边存在电位差，所以，当把PN结两端短路时就有电流流过。（） 13、PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（） 14、二极管的伏安特性方程式除了可以描述正向特性和反向特性外，还可以描述二极管的反向击穿特性。（） 15、通常的BJT管在集电极和发射极互换使用时，仍有较大的电流放大作用。（） 16、有人测得某晶体管的U BE=，I B=20μA，因此推算出r be=U BE/I B=20μA=35kΩ。（） 17、有人测得晶体管在U BE=，I B=5μA，因此认为在此工作点上的r be大约为26mV/I B=Ω。（） 18、有人测得当U BE=，I B=10μA。考虑到当U BE=0V时I B=0因此推算得到 0.60 60()100 BE be B U r k I ?-= ==Ω?- （ ） 二、选择题 (注:在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处,多选或不选按选错论) . 1、在绝对零度（0K ）时，本征半导体中_________ 载流子。 A. 有 B. 没有 C. 少数 D. 多数 2、在热激发条件下，少数价电子获得足够激发能，进入导带，产生_________。 A. 负离子 B. 空穴 C. 正离子 D. 电子-空穴对 3、半导体中的载流子为_________。 A.电子 B.空穴 C.正离子 D.电子和空穴 4、N 型半导体中的多子是_________。A.电子 B.空穴 C.正离子 D.负离子 5、P 型半导体中的多子是_________。A.电子 B.空穴 C.正离子 D.负离子 6、在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于 ，而少数载流子的浓度则与 有 很大关系。 A. 温度 B. 掺杂工艺 C. 杂质浓度 C. 晶体缺陷 7、当PN 结外加正向电压时，扩散电流 漂移电流，耗尽层 。当PN 结外加反向电压 时，扩散电流 漂移电流，耗尽层 。 A.大于 B.小于 C.等于 D.变宽 E.变窄 F.不变 8、二极管正向电压从增大15%时，流过的电流增大_______。（A 1．15% B 1．大于 15% C 1．小于15%）当流过二极管的电流一定，而温度升高时，二极管的正向电压______。（A 2．增大B 2．减小；C 2．基本不变） 9、温度升高时，二极管的反向伏安特性曲线________。（A 1．上移 B 1．下移 C 1．不变）说 明此时反向电流________。（A 2．减小 B 2．增大 C 2．不变）. 10、在下图所示电路中，当电源V=5V 时，测得I=1mA 。若把电源电压调整到V=10V ，则电流的 第一章半导体基础知识 〖本章主要内容〗 本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析。 首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。然后介绍两种三极管（BJT和FET）的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。〖本章学时分配〗 本章分为4讲，每讲2学时。 第一讲常用半导体器件 一、主要内容 1、半导体及其导电性能 根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9 cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。 2、本征半导体的结构及其导电性能 本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。 3、半导体的本征激发与复合现象 当导体处于热力学温度0 K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发（也称热激发）。因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。 游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。 在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。 4、半导体的导电机理 自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，因此，在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子（即载流子），这是半导体的特殊性质。空穴导电的实质是:相邻原子中的价电子（共价键中的束缚电子）依次填补空穴而形成电流。由于电子带负电，而电子的运动与空穴的运动方向相反，因此认为空穴带正电。 第七篇 题解-半导体表面与MIS 结构 刘诺 编 7-1、解： 又因为 0V V V s G += 7-3、解： （1） 表面积累：当金属表面所加的电压使得半导体表面出现多子积累时，这 就是表面积累，其能带图和电荷分布如图所示： （2） 表面耗尽：当金属表面所加的电压使得半导体表面载流子浓度几乎为零 时，这就是表面耗尽，其能带图和电荷分布如图所示： （3）当金属表面所加的电压使得半导体表面的少子浓度比多子浓度多时，这就是表面反型，其能带图和电荷分布如图所示： 7-3、解：理想MIS 结构的高频、低频电容-电压特性曲线如图所示； 其中AB 段对应表面积累，C 到D 段为表面耗尽，GH 和EF 对应表面反型。 7-4、解：使半导体表面达到强反型时加在金属电极上的栅电压就是开启电压。这时半导体的表面势 7-5、答：当MIS 结构的半导体能带平直时，在金属表面上所加的电压就叫平带电容。平带电压是度量实际MIS 结构与理想MIS 结构之间的偏离程度的物理量，据此可以获得材料功函数、界面电荷及分布等材料特性参数。 7-6、解：影响MIS 结构平带电压的因素分为两种： （1）金属与半导体功函数差。例如，当W m 第一章： 基本概念与名词解释 1、光子学说的几个基本概念：相格、光子简并度等； 2、微观粒子的四个统计分布规律：麦克斯韦速率分布率、波耳兹曼分布率、费米分布率、玻色分布率； 3、原子、分子的微观结构，固体的能带； 4、热辐射和黑体辐射的几个概念：热辐射、朗伯体、视见函数、普朗克公式； 5、简述辐射跃迁的三种过程：自发辐射、受激吸收、受激辐射； 6、谱线加宽的类型及定义：均匀加宽、非均匀加宽、碰撞加宽； 第二章： 基本概念与名词解释 １、一般概念：激发态能级寿命、亚稳态能级、粒子数反转、 负温度、激活介质、增益饱和； ２、三能级系统、四能级系统的粒子数反转的形成过程； ３、关于介质中的烧孔效应、气体激光器中的烧孔效应的论述。理论推导与证明 1、粒子数密度的差值（式2-1-17，2-1-22）； 2、均匀加宽与非均匀加宽的小信号增益系数（式2-2-14，2-2-15）； 3、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号反转粒子数密度、烧孔面积（式2-3-3，2-3-7）； 4、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号增益系数（式2-3-10，2-3-17）； 第三章： 基本概念与名词解释 １、激光的几个特性：包括时间相干性、空间相干性、相干时间、相干长度、相干面积、相干体积、光子简并度； ２、有关谐振腔的基本概念：谐振腔、稳定腔、不稳定腔、介稳腔； ３、激光振荡的几个现象和过程：纵模、横模、模的竞争、空间 烧孔、兰姆凹陷、频率牵引、高斯光束、激光器最佳透过率。 理论推导与证明 1、普通光源相干时间与相干面积（式3-1-5，3-1-12）； 2、激光产生的阈值条件（式3-3-11）； 3、粒子数密度的差值的阈值（式3-3-18）； 4、均匀加宽情况单模激光器的输出功率与最佳透过率（式3-6-9） 5、非均匀加宽情况单模激光器的输出功率（式3-6-18）。 第1章 半导体中的电子状态 1. 设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量()c E k 和价带极大值附近能量()v E k 分 别为2222100()()3c h k k h k E k m m -=+，2222100 3()6v h k h k E k m m =- 0m 为电子惯性质量，112k a =， 0.314a =nm 。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； 4) 价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。 解：1) 禁带宽度g E ， 根据22100()2() 202c dE k h k k h k dk m m -=+=，可求出对应导带能量极小值min E 的k 值： min 13 4 k k = ， 由题目中()c E k 式可得：min 1 2 min 3 10 4 () 4c k k k h E E k k m ==== ； 根据20 ()60v dE k h k dk m =-=，可以看出，对应价带能量极大值max E 的k 值为：k max = 0； 可得max 221max 0 0()6v k k h k E E k m ====，所以222 1min max 2 001248g h k h E E E m m a =-== 2) 导带底电子有效质量m n 由于2222 2000 22833c d E h h h dk m m m =+=，所以202238n c m h m d E dk == 3) 价带顶电子有效质量v n m 由于2220 6v d E h dk m =-，所以2022 6v n v m h m d E dk ==- 4) 准动量的改变量 1.与绝缘体相比，半导体的价带电子激发到导带所需要的能量 （ B ）。 A. 比绝缘体的大 B.比绝缘体的小 C. 和绝缘体的相同 2.受主杂质电离后向半导体提供（ B ），施主杂质电离后向半 导体提供（ C ），本征激发向半导体提供（ A ）。 A. 电子和空穴 B.空穴 C. 电子 3.对于一定的N型半导体材料，在温度一定时，减小掺杂浓度，费 米能级会（ B ）。 A.上移 B.下移 C.不变 4.在热平衡状态时，P型半导体中的电子浓度和空穴浓度的乘积为 常数，它和（ B ）有关 A.杂质浓度和温度 B.温度和禁带宽度 C.杂质浓度和禁带宽度 D.杂质类型和温度 5.MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型 （ B ）。 A.相同 B.不同 C.无关 6.空穴是( B )。 A.带正电的质量为正的粒子 B.带正电的质量为正的准粒子 C.带正电的质量为负的准粒子 D.带负电的质量为负的准粒子 7.砷化稼的能带结构是（ A ）能隙结构。 A. 直接 B.间接 8.将Si掺杂入GaAs中，若Si取代Ga则起（ A ）杂质作 用，若Si 取代As 则起（ B ）杂质作用。 A. 施主 B. 受主 C. 陷阱 D. 复合中心 9. 在热力学温度零度时，能量比F E 小的量子态被电子占据的概率为 （ D ），当温度大于热力学温度零度时，能量比F E 小的 量子态被电子占据的概率为（ A ）。 A. 大于1/2 B. 小于1/2 C. 等于1/2 D. 等于1 E. 等于0 10. 如图所示的P 型半导体MIS 结构 的C-V 特性图中，AB 段代表 （ A ），CD 段代表（B ）。 A. 多子积累 B. 多子耗尽 C. 少子反型 D. 平带状态 11. P 型半导体发生强反型的条件（ B ）。 A. ???? ??=i A S n N q T k V ln 0 B. ??? ? ??≥i A S n N q T k V ln 20 C. ???? ??=i D S n N q T k V ln 0 D. ??? ? ??≥i D S n N q T k V ln 20 12. 金属和半导体接触分为：（ B ）。 A. 整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 B. 整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 C. 非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 D. 非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 13. 一块半导体材料，光照在材料中会产生非平衡载流子，若光照 半导体物理习题答案 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】 第一章半导体中的电子状态 例1.证明:对于能带中的电子，K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。即：v(k)= －v(－k)，并解释为什么无外场时，晶体总电流等于零。 解：K状态电子的速度为： （1）同理，－K状态电子的速度则为： （2）从一维情况容易看出： （3） 同理有：（4）（5） 将式（3）（4）（5）代入式（2）后得： （6）利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关，即：E(k)=E(－k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同，且v(k)=－v(－k)故这两个状态上的电子电流相互抵消，晶体中总电流为零。 例2.已知一维晶体的电子能带可写成： 式中，a为晶格常数。试求： （2）能带底部和顶部电子的有效质量。 解：（1）由E(k)关系（1） （2）令得： 当时，代入（2）得： 对应E(k)的极小值。 当时，代入（2）得： 对应E(k)的极大值。 根据上述结果，求得和即可求得能带宽度。 故：能带宽度 （3）能带底部和顶部电子的有效质量： 习题与思考题： 1 什么叫本征激发温度越高，本征激发的载流子越多，为什么试定性说明之。 2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。 3 试指出空穴的主要特征。 4 简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。 5 某一维晶体的电子能带为 其中E0=3eV，晶格常数a=5×10-11m。求： （2）能带底和能带顶的有效质量。 6原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同 7晶体体积的大小对能级和能带有什么影响？ 8描述半导体中电子运动为什么要引入“有效质量”的概念？用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性？ 9 一般来说，对应于高能级的能带较宽，而禁带较窄，是否如此为什么10有效质量对能带的宽度有什么影响？有人说：“有效质量愈大，能量密度也愈大，因而能带愈窄。”是否如此为什么 11简述有效质量与能带结构的关系？ 12对于自由电子，加速反向与外力作用反向一致，这个结论是否适用于布洛赫电子？ 13从能带底到能带顶，晶体中电子的有效质量将如何变化外场对电子的作用效果有什么不同 14试述在周期性势场中运动的电子具有哪些一般属性以硅的本征激发为例，说明半导体能带图的物理意义及其与硅晶格结构的联系 15为什么电子从其价键上挣脱出来所需的最小能量就是半导体的禁带宽度？ 16为什么半导体满带中的少量空状态可以用具有正电荷和一定质量的空穴来描述？ 9金属半导体与半导体异质结 一、肖特基势垒二极管 欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。接触电阻很低。 金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。之间形成势垒为肖特基势垒。 在金属与半导体接触处，场强达到最大值，由于金属中场强为零，所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。 影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效应。金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。附图： 电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输机制不同于pn结的少数载流子的扩散运动决定电流，而是取决于多数载流子通过热电子发射跃迁过内建电势差形成。附肖特基势垒二极管加反偏电压时的I-V曲线：反向电流随反偏电压增大而增大是由于势垒降低的影响。 肖特基势垒二极管与Pn结二极管的比较：1.反向饱和电流密度（同上），有效开启电压低于Pn结二极管的有效开启电压。2.开关特性肖特基二极管更好。应为肖特基二极管是一个多子导电器件，加正向偏压时不会产生扩散电容。从正偏到反偏时也不存在像Pn结器件的少数载流子存储效应。 二、金属-半导体的欧姆接触 附金属分别与N型p型半导体接触的能带示意图 三、异质结：两种不同的半导体形成一个结 小结：1.当在金属与半导体之间加一个正向电压时，半导体与金属之间的势垒高度降低，电子很容易从半导体流向金属，称为热电子发射。 2.肖特基二极管的反向饱和电流比pn结的大，因此达到相同电流时，肖特基二极管所需的反偏电压要低。 10双极型晶体管 双极型晶体管有三个掺杂不同的扩散区和两个Pn结，两个结很近所以之间可以互相作用。之所以成为双极型晶体管，是应为这种器件中包含电子和空穴两种极性不同的载流子运动。 一、工作原理 附npn型和pnp型的结构图 发射区掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度最低 工艺考试复习： 整理者（butterflying 2011‐1‐11）1.在半导体技术发展的过程中有哪些重要事件?（一般） 晶体管的诞生 集成电路的发明 平面工艺的发明 CMOS技术的发明 2.为什么硅是半导体占主导的材料？有哪些硅基薄膜？（一般） 硅材料：优良的半导体特性、稳定的电的、化学的、物理的及机械的性能（特性稳定的金 刚石晶体结构、良好的传导特性、优异的工艺加工能力、研究最透彻的材料、具有一系列的硅基化合物） （总结：半导体性、电、物理、化学、机械性） 硅基薄膜：外延硅薄膜、多晶硅薄膜、无定形硅薄膜、SiO2与Si3N4介质膜、SiGe薄膜、金属多晶硅膜 3. 微电子技术发展基本规律是什么？（重要） 摩尔定律（Moore’s Law）：芯片内的晶体管数量每18个月～20个月增加1倍――集成电路的集成度每隔三年翻两番，器件尺寸每三年增加0.7 倍，半导体技术和工业呈指数级增长。特征尺寸缩小因子，250→180→130→90→65→45→32→22→16(nm) 等比例缩小比率（Scaling down principle）：在MOS器件内部恒定电场的前提下，器件的横向尺寸、纵向尺寸、电源电压都按照相同的比例因子k缩小，从而使得电路集成度k2倍提高，速度k倍提高，功耗k2倍缩小。MOS管阻抗不变，但连线电阻和线电流密度都呈k倍增长。（阈值电压不能缩得太小，电源电压要保持长期稳定） （总结：尺寸、电源电压变为1/k，集成度变为k^2.速度变为k倍。（掺杂浓度变为k倍） Device miniaturization by “ Scaling‐down Principle” ? Device geometry‐L g, W g, t ox, x j ? 1/k ? Power supply‐V dd ?1/k ? Substrate doping‐N ? k ?Device speed ? k ? Chip density ? k 2 4. 什么是ITRS ?（重要） International Technology Roadmap for Semiconductors 国际半导体技术发展蓝图 技术节点：DRAM半间距 Technology node = DRAM half pitch 5. 芯片制造的主要材料和技术是什么？（一般） Si材料：大直径和低缺陷的单晶硅生长、吸杂工艺、薄膜的外延生长、SiGe/Si异质结、SOI 介质薄膜材料和工艺：热氧化、超薄高K栅氧化薄膜生长、互连的低K介质； 高分辨率光刻：电子束掩膜版、光学光刻（电子束曝光EBL）、匹配光刻。高分辨率的抗蚀江苏高校的半导体物理复习资料(整理后)
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