半导体器件物理施敏答案
【篇一：施敏院士北京交通大学讲学】t>——《半导体器件物理》
施敏 s.m.sze,男，美国籍，1936年出生。台湾交通大学电子工程
学系毫微米元件实验室教授，美国工程院院士，台湾中研院院士，
中国工程院外籍院士，三次获诺贝尔奖提名。
学历：美国史坦福大学电机系博士（1963），美国华盛顿大学电机
系硕士（1960），台湾大学电机系学士（1957）。
经历：美国贝尔实验室研究（1963-1989），交通大学电子工程系
教授（1990-），交通大学电子与资讯研究中心主任（1990-1996），国科会国家毫微米元件实验室主任（1998-），中山学术奖（1969），ieee j.j.ebers奖（1993），美国国家工程院院士（1995）, 中国工
程院外籍院士 (1998)。
现崩溃电压与能隙的关系，建立了微电子元件最高电场的指标等。
施敏院士在微电子科学技术方面的著作举世闻名，对半导体元件的
发展和人才培养方面作出了重要贡献。他的三本专著已在我国翻译
出版，其中《physics of semiconductor devices》已翻译成六国
文字，发行量逾百万册；他的著作广泛用作教科书与参考书。由于
他在微电子器件及在人才培养方面的杰出成就,1991年他得到了ieee 电子器件的最高荣誉奖（ebers奖），称他在电子元件领域做出了基础性及前瞻性贡献。施敏院士多次来国内讲学，参加我国微电子器
件研讨会；他对台湾微电子产业的发展，曾提出过有份量的建议。
主要论著：
1. physics of semiconductor devices, 812 pages, wiley interscience, new york, 1969.
2. physics of semiconductor devices, 2nd ed., 868 pages, wiley interscience, new york,
1981.
3. semiconductor devices: physics and technology, 523 pages, wiley, new york, 1985.
4. semiconductor devices: physics and technology, 2nd ed., 564 pages, wiley, new york,
2002.
5. fundamentals of semiconductor fabrication, with g. may,
305 pages, wiley, new york,
2003
6. semiconductor devices: pioneering papers, 1003 pages, world scientific, singapore,
1991.
7. semiconductor sensors, 550 pages, wiley interscience, new york, 1994.
8. ulsi technology, with c.y. chang,726 pages, mcgraw hill, new york, 1996.
9. modern semiconductor device physics, 555 pages, wiley interscience, new york, 1998. 10. ulsi devices, with c.y. chang, 729 pages, wiley interscience, new york, 2000.
课程内容及参考书：
施敏教授此次来北京交通大学讲学的主要内容为《physics of
semiconductor device》中的一、四、六章内容，具体内容如下：chapter 1: physics and properties of semiconductors
1.1 introduction 1.2 crystal structure
1.3 energy bands and energy gap
1.4 carrier concentration at thermal equilibrium 1.5 carrier-transport phenomena
1.6 phonon, optical, and thermal properties 1.7 heterojunctions and nanostructures 1.8 basic equations and examples
chapter 4: metal-insulator-semiconductor capacitors
4.1 introduction
4.2 ideal mis capacitor 4.3 silicon mos capacitor
chapter 6: mosfets
6.1 introduction
6.2 basic device characteristics
6.3 nonuniform doping and buried-channel device 6.4 device scaling and short-channel effects 6.5 mosfet structures 6.6 circuit applications
6.7 nonvolatile memory devices 6.8 single-electron transistor iedm，iscc, symp. vlsi tech.等学术会议和期刊上的关于器件方面的最新文章教材：
? s.m.sze, kwok k.ng《physics of semiconductor
device》,third edition
参考书：
? 半导体器件物理(第3版)(国外名校最新教材精选)(physics of semiconductor
devices) 作者:(美国)(s.m.sze)施敏 (美国)(kwok k.ng)伍国珏译者:耿莉张瑞智
施敏老师半导体器件物理课程时间安排
半导体器件物理课程为期三周，每周六学时，上课时间和安排见课程表：
北京交通大学联系人：李修函
手机：138******** 邮件：lixiuhan@https://www.doczj.com/doc/8e19144210.html,
案
2013~2014学年第一学期
院系名称：电子信息工程学院课程名称：微电子器件基础教学时数： 48授课班级： 111092a,111092b主讲教师：徐荣辉
三江学院教案编写规范
教案是教师在钻研教材、了解学生、设计教学法等前期工作的基础上，经过周密策划而编制的关于课程教学活动的具体实施方案。编写教案是教师备课工作中最为全面系统、深入具体的一步。教案可反映出教师的自身素质、教学水平、教学思路和教学经验。有了具体的教案，教师上课有备而来，就能应对课堂教学过程中出现的各种具体情况，提高教学效果，确保课堂教学的顺利实施。
一、教案的基本内容
1．章节之间或每次课之间的内容衔接；
2．本章节或每次授课的内容：
（1）教学目的；
（2）讲授的内容纲要；
（3）重点、难点；
（4）采用的教学方法及实施步骤；
（5）各教学步骤的时间分配；
（6）板书设计及教具、图表、幻灯和录像、计算机、投影仪等教学手段的使用。
任课教师应遵循专业教学计划制订的培养目标，以课程教学大纲为依据，在熟悉教材、了解学生的基础上，结合教学实践经验，提前设计编写好所承担课程每个章节或主题的全部教学活动方案。
二、教案编写的基本步骤
1．熟悉并研究使用的教材和教学参考书；
2．确定本章节或本次课的教学目的，可包含应掌握的知识和对学生能力培养的要求等；
3．确定本章节或本次课的重点和难点；
4．根据授课内容，设计授课类型（理论课、讨论课、实验课或习题课等形式）及采用的教学方法；
5．设计本章节或本次课教学过程的程序及作业布置等。
三、教案和讲稿的关系
教案承载的是课堂教学的组织管理信息，其思路的形成受教学过程
的管理逻辑所支配。要求精洁明了，篇幅较短。
讲稿是教师的讲课稿，所承载的是知识信息，其思路形成受教学过
程的知识逻辑支配，是对讲授内容的具体组织和表达，要求尽可能
详细、全面，篇幅较长。
任课教师在编写教案的同时应有完整的讲稿，并根据学科发展和课
程教学需要不断补充和更新。
四、关于电子教案、多媒体课件和网络课件
1．电子教案是利用powerpoint制作的幻灯片，供教师授课和学生
复习时使用。
2．cai课件是用于辅助教学的计算机软件，它是根据教学目标设计，并反映某种教学策略和教学内容。
3．网络课件是通过网络形式表现的某门课程的教学内容及实施的课件，主要用于学生自主学习。
电子教案、cai课件和网络课件等均不能代替授课教案。
五、教案格式
说明：本页用于一门课程实施方案的整体设计。
三江学院《微电子器件基础》课程教案 no:
说明：本页用于某一章节或某一课题教学实施方案的设计
【篇三：《半导体器件》】
>semiconductor devices
课程编号：0712308
课程性质：学科基础课
适用专业：微电子学专业
先修课程：半导体物理
后续课程：集成电路原理
总学分：3 其中实验学分：0
教学目的与要求：本课程是微电子学专业的主干课之一。通过对本
课程的学习，使学生了解和掌握集成电路中常用的结型半导体器件，金属－半导体接触器件和金属－氧化物－半导体器件的工作原理、
直流特性、频率特性和开关特性，以及上述器件的常用模型，等效电路和模型参数。并能了解上述器件在小尺寸条件下出现的二阶效应及描述方法。
第一章：绪论（2学时）
第一节半导体器件简介
一、半导体器件的发展过程
二、半导体器件的基本模块
三、半导体器件的分类
第二节半导体物理基础
一、半导体的电子状态
二、半导体的载流子统计
三、半导体的载流子输运
四、非平衡载流子
第二章：pn结（8学时）
第一节平衡pn结及其能带图
一、pn结的制造工艺和杂质分布
二、平衡pn结的能带图
三、平衡pn结的载流子分布
第二节 pn结空间电荷区的电场
一、突变结的电场分布与空间电荷区宽度
二、线型缓变结的电场与电势
第三节 pn结的直流特性
一、pn结的正向偏置
二、pn结的反向偏置
三、pn结的i-v曲线
四、大电流注入
第四节 pn结击穿特性
一、雪崩击穿
二、隧道击穿
第五节 pn结电容特性
一、pn结的势垒电容
二、pn结的扩散电容
第三章：双极型晶体管（14学时）
第一节双极晶体管的结构
一、双极晶体管的基本结构
二、双极晶体管的制造工艺和杂质分布
第二节双极晶体管的载流子输运
一、双极晶体管的能带图
二、双极晶体管的载流子分布
三、双极晶体管的各部分电流
第三节双极晶体管的直流特性曲线
一、共基极连接的直流特性曲线
二、共发射极连接的直流特性曲线
第四节双极晶体管的反向特性
一、双极晶体管的反向电流
二、双极晶体管的反向击穿电压
三、双极晶体管的穿透电压
第五节双极晶体管的频率特性
一、双极晶体管的交流特性
二、交流电流放大系数
三、双极晶体管的频率特性曲线
第六节双极晶体管的开关特性
一、双极晶体管的开关作用
二、双极晶体管的开关波形
三、双极晶体管的开关过程
第四章：mos场效应晶体管（14学时）
第一节 mos场效应晶体管的工作原理
一、mos场效应晶体管的结构
二、mos场效应晶体管的基本工作原理
三、mos场效应晶体管的输出特性
第二节 mos场效应晶体管的阈值电压
一、mos场效应晶体管阈值电压的定义
二、mos场效应晶体管阈值电压的表示式
三、非理想条件下mos场效应晶体管的阈值电压
四、阈值电压的调整技术
第三节 mos场效应晶体管的直流特性
一、mos场效应晶体管线性区的电流-电压特性
二、mos场效应晶体管饱和区的电流-电压特性
三、亚阈值区的电流-电压特性
四、mos场效应晶体管击穿区特性及击穿电压
第四节 mos场效应晶体管的其它特性
一、mos场效应晶体管的电容特性
二、mos场效应晶体管的开关特性
三、mos场效应晶体管的二级效应
第五章：结型场效应晶体管（6学时）
第一节 jfet的工作原理
一、jfet的结构
二、jfet的工作原理和输出特性
第二节 jfet的电流-电压特性
一、线性区电流-电压特性
二、饱和区电流-电压特性
三、亚阈值区电流-电压特性
第三节 jfet的直流参数
第四节 jfet的高频参数
第六章：其他常用半导体器件（4学时）
第一节功率mos场效应晶体管
第二节绝缘栅双极晶体管
第三节光电二极管
第四节发光二极管
教材：
曹培栋编著《微电子技术基础－双极、场效应晶体管原理》、电子
工业出版社、2001年
主要参考书目：
1、r.m.warner b.l.grung 著《半导体器件电子学》、电子工业出
版社、2005年
2、刘树林张华曹等编著《半导体器件物理》、电子工业出版社、2005年
3、施敏著《半导体器件物理与工艺》、苏州大学出版社、2003年
课程设计：1周
本课程设计通过仿真软件模拟仿真pn结、双极型晶体管和mos场
效应晶体管等基本半导体器件的工艺流程、器件结构，分析其物理
与电学特性，加深对课程的理解和掌握。课程设计的主要内容包括：一、软件使用：熟悉仿真软件的使用环境，掌握仿真软件的基本操
作方法及步骤；
二、工艺模拟：掌握基本工艺及其模拟，熟悉半导体器件的工艺流程，能够生成正确的器件结构；
三、器件仿真：能够提取相应半导体器件的各种基本参数，生成器件的输入-输出曲线，分析得到器件的基本特性，以及不同参数对器件的影响。
执笔人：刘剑霜
半导体器件物理及工艺办法+施敏++答 案 半导体器件物理及工艺是半导体科学与工程领域的重要分支，涉及半导体器件的基本原理、结构和制造工艺等方面。本文将介绍施敏的《半导体器件物理及工艺》一书，并给出相应的答案。 一、半导体器件物理及工艺概述 半导体器件物理及工艺是研究半导体器件的基本原理、结构和制造工艺的学科。半导体器件具有高灵敏度、高可靠性、高速度等优点，在电子、通信、自动化等领域得到广泛应用。半导体器件物理及工艺的主要研究对象包括半导体材料、半导体器件的原理和结构、制造工艺等。 二、施敏《半导体器件物理及工艺》简介 施敏的《半导体器件物理及工艺》是一本经典的教材，系统地介绍了半导体器件的基本原理、结构和制造工艺。全书分为十章，包括半导体材料、半导体器件的基本原理、PN结二极管、双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、光电器件、半导体集成电路等。 三、施敏《半导体器件物理及工艺》答案 1.什么是半导体？请列举出三种常见的半导体材料。 答：半导体是指导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。常见的半导体材料包括硅、锗、砷化镓等。 2.简述PN结的形成及其基本性质。 答：PN结是由P型半导体和N型半导体相互接触形成的势垒区。PN结的基本性质包括单向导电性、电容效应和光电效应等。 3.解释双极晶体管的工作原理。
答：双极晶体管是由P型半导体和N型半导体组成的三明治结构，通过控制基极电流来控制集电极和发射极之间的电流，实现放大作用。 4.什么是金属氧化物半导体场效应晶体管？请简述其工作原理。 答：金属氧化物半导体场效应晶体管是一种电压控制型器件，通过改变栅极电压来控制源极和漏极之间的电流，实现放大作用。其工作原理是基于MOS结构的电容效应和隧道效应。 5.光电器件的基本原理是什么？请举例说明其应用。 答：光电器件的基本原理是光电效应，即光照射在物质表面上时，物质会吸收光能并释放电子，产生电流。光电器件的应用包括太阳能电池、光电传感器等。 6.请简述半导体的基本制备工艺流程。 答：半导体的基本制备工艺流程包括晶体制备、外延生长、薄膜制备、掺杂和刻蚀等步骤。其中，晶体制备是基础，外延生长和薄膜制备是关键步骤，掺杂和刻蚀是实现器件功能的重要手段。 7.请举例说明集成电路在现实生活中的应用。 答：集成电路在现实生活中的应用非常广泛，包括手机、电脑、电视等电子产品中的处理器、存储器、显示器等组件，以及医疗设备、交通工具等领域的控制电路和传感器等。
第六章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管 6-3．在受主浓度为3 16 10-cm 的P 型硅衬底上的理想MOS 电容具有0.1um 厚度的氧化层， 40=K ，在下列条件下电容值为若干？（a ）V V G 2+=和Hz f 1=，（b ） V V G 20=和Hz f 1=，（c ）V V G 20+=和MHz f 1=。 解答： （1）V V G 2+=，Hz f 1= 由 si B TH C Q V ψ+- =0 14 830004 048.8510 3.5410(/)0.110K C F cm x ε----??===?? )(70.010 5.110ln 02 6.02ln 2210 16 V n N V i a T f si =??===φψ si a s dm a B qN k x qN Q ψε02-=-= 7.010106.110854.8122161914???????-=-- )/(1088.42 8 cm C -?-= 则 )(08.270.01054.31088.48 8 0V C Q V si B TH =+??=+-=--ψ TH G V V < ，则 2 10 2 00 00) 21(εs a G s S k qN V C C C C C C C + = += 2 114 1619168 )1085.81210106.12 1054.321(1054.3---????????+?= )/(1078.128cm F -?= b) V V G 20=，Hz f 1= G TH V V >，低频
)/(1054.32 80cm F C C -?==∴ c) V V G 20+=,MHz f 1= G TH V V >，因为高频，总电容为0C 与S C 串联 820 min 3.4810(/)s s s dm k C C F cm x ε-== == =? 则 )/(1075.1280 cm F C C C C C s s -?=+= 6-4．采用叠加法证明当氧化层中电荷分布为)(x ρ时，相应的平带电压变化可用下式表示： () x FB q x x V dx C x ρ?=- ? 解答：如右图所示， 消除电荷电荷片dx x q )(ρ的影响所需平带电压： 000 000)()()()(C x dx x xq x x x k dx x q x C dx x q dV FB ρερρ-=-=-= 由 00x →积分： () x FB q x x V dx C x ρ?=- ? 6-6．利用习题6-3中的结果对下列情形进行比较。 (a) 在MOS 结构的氧化层中均匀分布着2 12 105.1-?cm 的正电荷，若氧化层的厚度为150nm ，计算出这种电荷引起的平带电压。 (b) 若全部电荷都位于硅-氧化硅的界面上，重复(a)。 (c) 若电荷成三角分布，它的峰值在0=x ，在0x x =处为零，重复(a)。 解答：（1) 电荷分布 00 )(Q dx x x =? ρ， 因为电荷均匀分布，所以 FB V ?
一、填空题（共25分 每空１分） １、硼、铝、镓等 三族元素掺入到硅中，所形成的能级是 受主 （施主能级或受主能级）；砷、磷等五族元素掺入到硅中，所形成的能级是 施主 （同上）。 ２、平衡状态下，我们用统一的费米能级ＥＦ来标志电子填充能级的水平，在非平衡状态下，导带中的电子填充能级的水平是用 导带费米能级 （ＥＦn ）来衡量，价带中电子填充能级的水平是用 价带费米能级 （ＥＦp ）来衡量。 ３、载流子的散射机构主要有 电离杂质散射 和 晶格振动散射 。 ５、ＰＮ结击穿共有三种： 雪崩击穿 、 齐纳击穿 、 热击穿 ６、晶体管的品种繁多，按其结构分可分为 双极型 、 MOS 晶体管。 在电子电路应用中，主要有两种接法即： 共基极 和 共射极 ，其 标准偏置条件为： 发射极 正向偏置、 集电极 反向偏置。 ７、P 型半导体的MIS 结构外加栅压时，共有三种状态： 积累 、 耗尽 、 反型 。 ８、 真空能级和费米能级的能量差称为 功函数 ，真空能级和半导体导带底的能量差称为 亲和能 。 9、在二极管中，外加反向电压超过某一数值后，反向电流突然增大，这个电压叫 击穿电压 。 10、晶体管中复合与基区厚薄有关，基区越厚，复合越多，因此基区应做得 较薄 （较厚或较薄）。 11、载流子的扩散运动产生 扩散 电流，漂移运动产生 漂移 电流。 12、在开关器件及与之相关的电路制造中， 掺金工艺 已作为缩短少数载流子寿命的有 效手段。 二、判断题（共10分，每题1分） 1、位错是半导体材料中的一种常见的线缺陷。 （ R ） 2、在高温本征激发时，本征激发所产生的载流子数将远多于杂质电离所产生的载流子数。 （ R ） 3、电离杂质散射与半导体中杂质浓度成正比。 （R ） 4、由注入所引入的非平衡载流子数，一定少于平衡时的载流子数，不管是多子还是少子。 （ F ） 5、非平衡少子浓度衰减到产生时的1/e 时的时间，称为非平衡载流子的寿命。 （R ） 6、俄歇复合是一种辐射复合。 （ F ） 7、爱因斯坦关系式表明了非简并情况下载流子的迁移率和扩散系数直接的关系。 （R ） 8、在大的正向偏压时，扩散电容起主要的作用。 （R ） 9、齐纳击穿是一种软击穿。 ( F ) 10、半导体的电导率随掺杂浓度的增加而增加。 （ R ） 二、选择题：（单选多选均有 共２０分 每题２分） １．下列对纯净半导体材料特性叙述正确的是 A 、D Ａ 半导体的电阻率在导体和绝缘体之间 Ｂ 半导体的电阻率随温度的上升而升高。 Ｃ 半导体的电阻率随温度的上升而减小。 Ｄ 半导体的电阻率可以在很大范围内变化。 ２．下列器件中导电载流子是多子器件的是 B Ａ 稳压二极管 Ｂ 肖特基二极管Ｃ 发光二极管 Ｄ变容二极管 ３．电子的迁移率是 A 空穴的迁移率。 Ａ 大于 Ｂ 等于 Ｃ 小于 ４．下列固体中，禁带宽度Eg 最大的是 C Ａ 金属 Ｂ 半导体 Ｃ 绝缘体 ５．半导体与金属Al 形成良好的欧姆接触的结构形式有 B 、D Ａ Al-n-n + Ｂ Al-n +-n Ｃ Al-p-p + D Al-p +-p ６．晶体中内层电子有效质量 A 外层电子的有效质量。 Ａ 大于 Ｂ 等于 Ｃ 小于 Ｄ 不一定 ７．原子构成的平面在x 、y 、z 轴上的截距分别为－２、３、４，则其密勒指数为 A Ａ （６，４，３） Ｂ（６，４，３） C （２，３，４） D （２，３，４） ８．Pn 结耗尽层中（如图所示）电场强度最大的地方是 C Ａ pp ’ Ｂ xx ’ Ｃ nn ’ Ｄ 一样大 P x n ９．最能起到有效的复合中心作用的杂质是 A Ａ 深能级杂质 Ｂ 浅能级杂质 Ｃ 中等能级杂质 １０． 在下列半导体中，费米能级最高的是 C A 强P 型 B 弱P 型 C 强N 型 D 弱N 型 三、名词解释(共15分 每题5分) １、准费米能级 费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，而当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，可以认为分就导带和价带中的电子来讲，它们各自处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的能级，称为“准费米能级”，分别用E F n 、E F p 表示。 ２、直接复合、间接复合 直接复合—电子在导带和价带之间直接跃迁而引起电子和空穴的直接复合。 间接复合—电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合。 装 订 班级 姓名 学号 成绩 常 州信息职业技术学院 2009 －2010 业技术学院 2009 －2010 学年第 一 2009 －2010 学年第 一
半导体物理与器件第三版课后练习题含答案 1. 对于p型半导体和n型半导体，请回答以下问题： a. 哪些原子的掺入能够形成p型半导体？ 掺入三价元素（如硼、铝等）能够形成p型半导体。 b. 哪些原子的掺入能够形成n型半导体？ 掺入五价元素（如磷、砷等）能够形成n型半导体。 c. 请说明掺杂浓度对于导电性有何影响？ 掺杂浓度越高，导电性越强。因为高浓度的杂质能够带来更多的杂质离子和电子，从而提高了载流子浓度，增强了半导体的导电性。 d. 在p型半导体中，哪些能级是占据态，哪些是空的？ 在p型半导体中，价带能级是占据态，而导带能级是空的。 e. 在n型半导体中，哪些能级是占据态，哪些是空的？ 在n型半导体中，导带能级是占据态，而价带能级是空的。 2. 硅p-n结的温度系数是大于零还是小于零？请解释原因。 硅p-n结的温度系数是负的。这是因为在给定的工作温度下，少子寿命的下降 速率与载流子浓度的增长速率之间存在一个平衡。当温度升高时，载流子浓度增长的速率加快，因而少子寿命下降的速率也会变大。这一现象会导致整体导电性下降，即硅p-n结中的电流减少。因此，硅p-n结的温度系数为负。
3. 在半导体器件中，为什么p-n结击穿电压很重要？请简要解释。 p-n结击穿电压是指在一个p-n结器件中施加的足以导致电流大幅增加的电压。在普通的工作条件下，p-n结是一个非导电状态，而电流仅仅是由热激发和少数载 流子扩散引起。但是，当施加的电压超过了击穿电压时，大量的载流子会被电流激 发和扩散，从而导致电流剧增，从而损坏器件或者破坏电路的运行。 因此，掌握p-n结的击穿电压非常重要，可以保证器件稳定和电路的可靠性。
简答题答案： 1.空间电荷区是怎样形成的。画出零偏与反偏状态下pn结的能带图。 答：当p型半导体和n型半导体紧密结合时，在其交界面附近存在载流子的浓度梯度，它将引起p区空穴向n区扩散，n区电子向p区扩散。因此在交界面附近，p区留下了不能移动的带负电的电离受主，n区留下了不能移动的带正电的电离施主，形成所谓空间电荷区。 PN结零偏时的能带图： PN结反偏时的能带图： 2.为什么反偏状态下的pn结存在电容？为什么随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降？答：①由于空间电荷区宽度是反偏电压的函数，其随反偏电压的增加而增加。空间电荷区内的正电荷与负电荷在空间上又是分离的，当外加反偏电压时，空间电荷区内的正负电荷数会跟随其发生相应的变化，这样PN结就有了电容的充放电效应。对于大的正向偏压，有大量载流子通过空间电荷区, 耗尽层近似不再成立，势垒电容效应不凸显。所以，只有在反偏状态下的PN结存在电容。 ②由于反偏电压越大，空间电荷区的宽度越大。势垒电容相当于极板间距为耗尽层宽度的平板电容，电容的大小又与宽度成反比。所以随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降。 3.什么是单边突变结？为什么pn结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？ 答：①对于一个半导体，当其P区的掺杂浓度远大于N区（即N d>>Na）时，我们称这种结为P+N；当其N区的掺杂浓度远大于N区（即Na >> N d）时，我们称这种结为N+P。这两类特殊的结就是单边突变结。 ②由于PN结空间电荷区内Ｐ区的受主离子所带负电荷量与Ｎ区的施主离子所带正电荷的量是相等的，而这两种带电离子是不能自由移动的。所以，对于空间电荷区内的低掺杂一侧，其带电离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只有增加低掺杂一侧的宽度。因此，ＰＮ结低掺杂一侧的空间电荷区较宽。 4.对于突变p+-n结，分别示意地画出其中的电场分布曲线和能带图： 答：①热平衡状态时： 突变p+-n结的电场分布曲线：
2-1 ． P N 结空间电荷区边界分别为 x p 和 x n ，利用 np n i 2e V V T 导出 p n ( x n ) 表达式。给 出 N 区空穴为小注入和大注入两种情况下的 p n ( x n ) 表达式。 p n x n E i E FP n i exp 解：在 x x n 处 KT E Fn E i n n x n n i exp KT p n x n n n x n n i 2 exp E Fn E Fp V KT n i 2 e VT 而 p n x n p n0 p n p n （ p n n n ） n n x n n n 0 n n n n 0 p n x n V V p n n n0 n n n i 2 e V T p n n n0 p n n i 2 e V T 2 V p 1 p n n i e V T n n n0 n n0 p n 2 + n n0 p n - n i 2 e V V T = 0 -n n0 + 2 2 V V n n0 +4n i e T p n = 2 ( 此为一般结果 ) 小注入：（ p n n n 0 ） 2 V V p n n i e V T p n 0 e V T n i 2 n n0 p n0 n n 0 大注入： p n n n0 且 p n p n V V 所以 p n 2 n i 2 e V T 或 p n n i e 2V T 2-2 ．热平衡时净电子电流或净空穴电流为零，用此方法推导方程 0np V T ln N d N a 。 n i 2 I n qA( D n n ) 解：净电子电流为 n n x d 处于热平衡时， I n ＝ 0 ，又因为 dx
施敏 半导体器件物理英文版 第一章习题 1. （a ）求用完全相同的硬球填满金刚石晶格常规单位元胞的最大体积分数。 （b ）求硅中（111）平面内在300K 温度下的每平方厘米的原子数。 2. 计算四面体的键角，即，四个键的任意一对键对之间的夹角。（提示：绘出四 个等长度的向量作为键。四个向量和必须等于多少？沿这些向量之一的方向 取这些向量的合成。） 3. 对于面心立方，常规的晶胞体积是a 3，求具有三个基矢：（0,0,0→a/2,0,a/2）， (0,0,0→a/2,a/2,0),和(0,0,0→0,a/2,a/2)的fcc 元胞的体积。 4. （a ）推导金刚石晶格的键长d 以晶格常数a 的表达式。 （b ）在硅晶体中，如果与某平面沿三个笛卡尔坐标的截距是10.86A ，16.29A ， 和21.72A ，求该平面的密勒指数。 5. 指出（a ）倒晶格的每一个矢量与正晶格的一组平面正交，以及 （b ）倒晶格的单位晶胞的体积反比于正晶格单位晶胞的体积。 6. 指出具有晶格常数a 的体心立方（bcc ）的倒晶格是具有立方晶格边为4π/a 的面心立方（fcc ）晶格。[提示：用bcc 矢量组的对称性： )(2x z y a a -+=，)(2y x z a b -+=，)(2 z y x a c -+= 这里a 是常规元胞的晶格常数，而x ，y ，z 是fcc 笛卡尔坐标的单位矢量： )(2z y a a +=，)(2x z a b +=，)(2 y x a c +=。] 7. 靠近导带最小值处的能量可表达为 .2*2*2*22 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=z z y y x x m k m k m k E 在Si 中沿[100]有6个雪茄形状的极小值。如果能量椭球轴的比例为5:1是常数，求纵向有效质量m*l 与横向有效质量m*t 的比值。 8. 在半导体的导带中，有一个较低的能谷在布里渊区的中心，和6个较高的能 谷在沿[100] 布里渊区的边界，如果对于较低能谷的有效质量是0.1m0而对 于较高能谷的有效质量是1.0m0，求较高能谷对较低能谷态密度的比值。 9. 推导由式（14）给出的导带中的态密度表达式。（提示：驻波波长λ与半导体
半导体器件物理施敏答案 【篇一：施敏院士北京交通大学讲学】t>——《半导体器件物理》 施敏 s.m.sze,男，美国籍，1936年出生。台湾交通大学电子工程 学系毫微米元件实验室教授，美国工程院院士，台湾中研院院士， 中国工程院外籍院士，三次获诺贝尔奖提名。 学历：美国史坦福大学电机系博士（1963），美国华盛顿大学电机 系硕士（1960），台湾大学电机系学士（1957）。 经历：美国贝尔实验室研究（1963-1989），交通大学电子工程系 教授（1990-），交通大学电子与资讯研究中心主任（1990-1996），国科会国家毫微米元件实验室主任（1998-），中山学术奖（1969），ieee j.j.ebers奖（1993），美国国家工程院院士（1995）, 中国工 程院外籍院士 (1998)。 现崩溃电压与能隙的关系，建立了微电子元件最高电场的指标等。 施敏院士在微电子科学技术方面的著作举世闻名，对半导体元件的 发展和人才培养方面作出了重要贡献。他的三本专著已在我国翻译 出版，其中《physics of semiconductor devices》已翻译成六国 文字，发行量逾百万册；他的著作广泛用作教科书与参考书。由于 他在微电子器件及在人才培养方面的杰出成就,1991年他得到了ieee 电子器件的最高荣誉奖（ebers奖），称他在电子元件领域做出了基础性及前瞻性贡献。施敏院士多次来国内讲学，参加我国微电子器 件研讨会；他对台湾微电子产业的发展，曾提出过有份量的建议。 主要论著： 1. physics of semiconductor devices, 812 pages, wiley interscience, new york, 1969. 2. physics of semiconductor devices, 2nd ed., 868 pages, wiley interscience, new york, 1981. 3. semiconductor devices: physics and technology, 523 pages, wiley, new york, 1985. 4. semiconductor devices: physics and technology, 2nd ed., 564 pages, wiley, new york, 2002. 5. fundamentals of semiconductor fabrication, with g. may, 305 pages, wiley, new york, 2003
西安电子科技大学 考试时间120 分钟 《半导体物理2》试题 考试形式：闭卷；考试日期：年月日本试卷共二大题，满分100分。 班级学号姓名任课教师 一、问答题（80分） 1.什么是N型半导体？什么是P型半导体？如何获得？ 答：①依靠导带电子导电的半导体叫N型半导体，主要通过掺诸如P、Sb等施主杂质获得；②依靠价带空穴导电的半导体叫P型半导体，主要通过掺诸如B、In等受主杂质获得；③掺杂方式主要有扩散和离子注入两种；经杂质补偿半导体的导电类型取决于其掺杂浓度高者。 2.简述晶体管的直流工作原理（以NPN晶体管为例） 答：根据晶体管的两个PN结的偏置情况晶体管可工作在正向放大、饱和、截止和反向放大模式。实际运用中主要是正向放大模式，此时发射结正偏，集电结反偏，以NPN晶体管为例说明载流子运动过程； ①射区向基区注入电子；正偏的发射结上以多子扩散为主，发射区向基区注入电子，基区向发射区注入空穴，电子流远大于空穴流； ②基区中自由电子边扩散边复合。电子注入基区后成为非平衡少子，故存在载流子复合，但因基区很薄且不是重掺杂，所以大部分电子能到达集电结边缘； ③集电区收集自由电子：由于集电结反偏，从而将基区扩散来的电子扫入集电区形成电子电流，另外还存在反向饱和电流，主要由集电区空穴组成，但很小，可以忽略。 第1页共6页
3.简述MOS场效应管的工作特性（以N沟增强型MOS为例） 答：把MOS管的源漏和衬底接地，在栅极上加一足够高的正电压，从静电学的观点来看，这一正的栅极电压将要排斥栅下的P 型衬底中的可动的空穴电荷而吸引电子。电子在表面聚集到一定浓度时，栅下的P 型层将变成N 型层，即呈现反型。N 反型层与源漏两端的N 型扩散层连通，就形成以电子为载流子的导电沟道。如果漏源之间有电位差，将有电流流过。而且外加在栅极上的正电压越高，沟道区的电子浓度也越高，导电情况也越好。如果加在栅极上的正电压比较小，不足以引起沟道区反型，则器件仍处在不导通状态。引起沟道区产生强表面反型的最小栅电压，称为阀值电压。 4.画出MOS场效应管的工作曲线，并用文字说明各区域（以N沟增强型MOS为例） 线性区：V GS取一定的正电压，形成导电沟道。此时I DS与 V DS成正比，对应曲线OA范围，即线性区。 过渡区：V DS增大到一定程度时，沟道变窄，沟道电阻增大， I DS随V DS增加趋势变缓，对应曲线BC范围。 饱和区：V DS继续增大到一定值使沟道夹断，此时V DS继续 增大I DS基本保持不变，即达到饱和。 击穿区：如果V DS再继续增加，使漏端PN结反偏电压过大， 导致PN结击穿，使MOS晶体管进入击穿区。 5.晶体管的基极宽度会影响那些参数？为什么？ 答：①影响电流增益，定性分析W b越小，基区输运系数越大，从而电流增益越大； ②影响基区穿通电压，W b越小，越容易发生基区穿通现象；③影响特征频率f T，W b 越小，基区渡越时间越小，从而可提高特征频率；④影响基区串联电阻R b，W b越小， 基区串联电阻R b越大，另外宽基区晶体管不易引起电流集边效应。 第2页共6页
2006级《现代半导体器件》期末考试试卷A 标准答案 1. (1)对于P －Si 为衬底时：V n N q kT i A FP 29.010 5.110ln 02 6.0ln 10 15 =⨯⨯==ϕ，而氧化层电容：2 87 140/109.210 1209 .31085.8----⨯=⨯⨯⨯== cm F t C ox ox ox εε则 阈 值 电 压 () V C Q n N q kT C qN V ox ox ms i A ox FP D s TN 41.1109.2106.11038.029.02109.258.09.11106.1101085.82ln 222819 112 1 281915142 120-=⨯⨯⨯⨯--⨯+⎥⎥⎦ ⎤⎢⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= -++⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡=-----φϕεε (2)对于N －Si 衬底：V n N q kT i D FN 29.010 5.110ln 02 6.0ln 10 15-=⨯⨯-=-=ϕ () V C Q n N q kT C V ox ox ms i D ox FP s TP 53.2109.2106.11032.029.02109.258.0106.1109.111085.82ln 222819 112 1 2201915142 120-=⨯⨯⨯⨯-+⨯-⎥⎥⎦ ⎤⎢⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-= -+-⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡-=---φϕεε 结果表明对于NMOS ，在考虑界面电荷影响的前提下，在V GS ＝0时即可实现正常工作，而对于PMOS 阈值电压为负，室温下处于截止状态，所以平带电压对于MOSFET 的阈值电压的影响很大。 2. 解：(1)双极晶体管的开关过程可分为四个阶段：a.延迟阶段；b.上升阶段；c.储存阶 段；d.下降阶段。其中储存过程所需要的时间最长，所以储存时间是影响开关时间的关键。 (2)储存过程是指从t 3外加脉冲信号去掉(V I =0)到t 4电流I C ＝0.9I CS 的过程。当外加脉冲电压突然去掉时，I C 不会立刻减小，超量存储电荷不会立刻消失。此时基极电流成为反向抽出电流I B2，与原来基极电流方向相反，其作用就是释放基区和集电区中的超量存储电荷Q BS 和Q CS 。在Q BS 和Q CS 消失之前，基区电荷密度梯度保持不变，集电极电流I CS 也保持不变，只有当超量存储电荷完全消失后，发射结和集电结的电压才发生变化，势垒电容开始放电，集电极电流才开始下降。
半导体器件物理习题答案 1、简要的回答并说明理由：①p+-n结的势垒宽度主要决定于n 型一边、还是p型一边的掺杂浓度？②p+-n结的势垒宽度与温度的关系怎样？③p+-n结的势垒宽度与外加电压的关系怎样？④Schottky 势垒的宽度与半导体掺杂浓度和温度分别有关吗？ 【解答】①p+-n结是单边突变结，其势垒厚度主要是在n型半导体一边，所以p+-n结的势垒宽度主要决定于n型一边的掺杂浓度；而与p型一边的掺杂浓度关系不大。因为势垒区中的空间电荷主要是电离杂质中心所提供的电荷（耗尽层近似），则掺杂浓度越大，空间电荷的密度就越大，所以势垒厚度就越薄。②因为在掺杂浓度一定时，势垒宽度与势垒高度成正比，而势垒高度随着温度的升高是降低的，所以p+-n结的势垒宽度将随着温度的升高而减薄；当温度升高到本征激发起作用时，p-n结即不复存在，则势垒高度和势垒宽度就都将变为0。③外加正向电压时，势垒区中的电场减弱，则势垒高度降低，相应地势垒宽度也减薄；外加反向电压时，势垒区中的电场增强，则势垒高度升高，相应地势垒宽度也增大。 ④Schottky势垒区主要是在半导体一边，所以其势垒宽度与半导体掺杂浓度和温度都有关（掺杂浓度越大，势垒宽度越小；温度越高，势垒宽度也越小）。 2、简要的回答并说明理由：①p-n结的势垒高度与掺杂浓度的关系怎样？②p-n结的势垒高度与温度的关系怎样？③p-n结的势垒高度与外加电压的关系怎样？ 【解答】①因为平衡时p-n结势垒（内建电场区）是起着阻挡多数载流子往对方扩散的作用，势垒高度就反映了这种阻挡作用的强弱，即势垒高度表征着内建电场的大小；当掺杂浓度提高时，多数载流子浓度增大，则往对方扩散的作用增强，从而为了达到平衡，就需要更强的内建电场、即需要更高的势垒，所以势垒高度随着掺杂浓度的提高而升高（从Fermi 能级的概念出发也可说明这种关系：因为平衡时p-n结的势垒高度等于两边半导体的Fermi 能级的差，当掺杂浓度提
第一章 1、费米能级和准费米能级 费米能级：不是一个真正的能级，是衡量能级被电子占据的几率的大小的一个标准，具有决定整个系统能量以及载流子分布的重要作用。 准费米能级：是在非平衡状态下的费米能级，对于非平衡半导体，导带和价带间的电子跃迁失去了热平衡，不存在统一费米能级。就导带和价带中的电子讲，各自基本上处于平衡态，之间处于不平衡状态，分布函数对各自仍然是适应的，引入导带和价带费米能级，为局部费米能级，称为“准费米能级”。 2、简并半导体和非简并半导体 简并半导体：费米能级接近导带底(或价带顶)，甚至会进入导带(或价带)，不能用玻尔兹曼分布，只能用费米分布 非简并半导体：半导体中掺入一定量的杂质时，使费米能级位于导带和价带之间3、空间电荷效应 当注入到空间电荷区中的载流子浓度大于平衡载流子浓度和掺杂浓度时，则注入的载流子决定整个空间电荷和电场分布，这就是空间电荷效应。在轻掺杂半导体中，电离杂质浓度小，更容易出现空间电荷效应，发生在耗尽区外。 4、异质结 指的是两种不同的半导体材料组成的结。 5、量子阱和多量子阱 量子阱：由两个异质结或三层材料形成，中间有最低的E C和最高的E V，对电子和空穴都形成势阱，可在二维系统中限制电子和空穴 当量子阱由厚势垒层彼此隔开时，它们之间没有联系，这种系统叫做多量子阱 6、超晶格 如果势垒层很薄，相邻阱之间的耦合很强，原来分立的能级扩展成能带(微带)，能带的宽度和位置与势阱的深度、宽度及势垒的厚度有关，这种结构称为超晶格。 7、量子阱与超晶格的不同点 a.跨越势垒空间的能级是连续的 b.分立的能级展宽为微带 另一种形成量子阱和超晶格的方法是区域掺杂变化 第二章 1、空间电荷区的形成机制 当这两块半导体结合形成p-n结时，由于存在载流子浓度差，导致了空穴从p区到n 区，电子从n区到p区的扩散运动。对于p区，空穴离开后，留下了不可动的带负电的电离受主，这些电离受主，没有正电荷与之保持电中性，所以在p-n结附近p 区一侧出现了一个负电荷区。同理，n区一侧出现了由电离施主构成的正电荷区，这些由电离受主和电离施主形成的区域叫空间电荷区。 2、理想p-n结 理想的电流-电压特性所依据的4个假设： a.突变耗尽层近似 b.玻尔兹曼统计近似成立 c.注入的少数载流子浓度小于平衡多数载流子浓度 d.在耗尽层内不存在产生-复合电流3、肖克莱方程（即理想二极管定律） 总电流之和J=J p+J n=J0[exp(qV kT )−1]，其中J0=qD p0n i2 L p N D +qD n n i2 L n N A 肖克莱方程准确描述了在低电流密度下p-n结的电流-电压特性，但也偏离理想情形，原因：a耗尽层载流子的产生和复合b在较小偏压下也可能发生大注入c串联电阻效应d载流子在带隙内两个状态之间的隧穿表面效应 4、p-n结为什么是单向导电 在正向偏压下，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。在反向偏压下，空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过，反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大，电流会大到将PN结烧毁，表现出pn结具有单向导电性。 5、扩散电容和势垒电容 扩散电容：p-n结正向偏置时所表现出的一种微分电容效应 势垒电容：当p-n结外加电压变化时，引起耗尽层的电荷量随外加电压而增多或减少，耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容。 6、击穿的机制 击穿仅发生在反向偏置下 a.热击穿：在高反向电压下，反向电流引起热损耗导致结温增加，结温反过来又增加了反向电流，导致了击穿 b.隧穿:在强电场下，由隧道击穿，使电子从价带越过禁带到达导带所引起的一种击穿现象 c.雪崩倍增：当p-n结加的反向电压增加时，电子和空穴获得更大的能量，不断发生碰撞，产生电子空穴对。新的载流子在电场的作用下碰撞又产生新的电子空穴对，使得载流子数量雪崩式的增加，流过p-n结的电流急剧增加，导致了击穿 6、同型异质结和反型异质结 同型异质结：两种不同的半导体材料组成的结，导电类型相同 异型异质结：两种不同的半导体材料组成的结，导电类型不同 8、异质结与常规的p-n结相比的优势 异质结注入率除了与掺杂比有关外，还和带隙差成指数关系，这点在双极晶体管的设计中非常关键，因为双极晶体管的注入比与电流增益有直接的关系，异质结双极晶体管(HBT)运用宽带隙半导体材料作为发射区以减小基极电流 第三章 1、肖特基二极管 肖特基二极管是一种导通电压降较低，允许高速切换的二极管，是利用肖特基势垒特性而产生的电子元件，一般为0.3V左右，且具有更好的高频特性 优点：其结构给出了近似理想的正向I-V曲线，其反向恢复时间很短，饱和时间大为减少，开关频率高。正向压降低，工作在0.235V 缺点：其反向击穿电压较低及方向漏电流偏大 2、肖特基二极管和普通二极管相比 优：开关频率高，正向电压降低缺：击穿电压低，反向电流大 3、欧姆接触 欧姆接触定义为其接触电阻可以忽略的金属-半导体接触 它不产生明显的附近阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变，重掺杂的p-n结可以产生显著的隧道电流，金属和半导体接触时，如果半导体掺杂浓度很高，则势垒区宽度变得很薄，电子也要通过隧道效应贯穿势垒产生相当大的隧道流，甚至超过热电子发射电流而成为电流的主要成分。当隧道电流占主导地位时，它的接触电阻可以很小，可以用作欧姆接触。 制造欧姆接触的技术：a.建立一个更重掺杂的表面层 b.加入一个异质结，附加一个小带隙层材料、同种类型半导体的高掺杂区 4、整流接触 肖特基势垒是指具有整流特性的金属-半导体接触面（形成阻挡层），如同二极管具有整流特性。肖特基势垒相较于PN接面最大的区别在于具有较低的接面电压，以及在金属端具有相当薄的耗尽层宽度。 5、区别金属-半导体接触的电流输运主要依靠多子，而p-n结主要依靠少数载流子完成电流输运 第四章 1、MIS的表面电场效应 当VG=0时，理想半导体的能带不发生弯曲，即平带状态，在外加电场作用下，在半导体表面层发生的物理现象，主要在载流子的输运性质的改变。表面势及空间电荷区的分布随电压VG而变化。归纳为三种情况：积累，耗尽，反型。对于p型半导体 多子积累：当金属板加负电压时，半导体表面附近价带顶向上弯曲并接近于费米能级，对理想的MIS电容，无电流流过，所以费米能级保持水平。因为载流子浓度与能量差呈指数关系，能带向上弯曲使得多数载流子（空穴）在表面积累 耗尽：当施加小的正电压时，能带向下弯曲，多数载流子耗尽 反型：施加更大的正电压，能带更向下弯曲，以致本征费米能级和费米能级在表面附近相交，此时表面的电子（少数载流子）数大于空穴数，表面反型 2、解释MIS的C-V曲线图 高低频的差异是因为少数载流子的积累 a.低频时，左侧为空穴积累时的情形，有大的半导体微分电容，总电容接近于绝缘体电容；当负电压降为零时，为平带状态；进一步提高正向电压，耗尽区继续扩展，可将其看作是与绝缘体串联的、位于半导体表面附近的介质层，这将导致总电容下降，电容在达到一个最小值后，随电子反型层在表面处的形成再次上升，强反型时，电荷的增量不再位于耗尽层的边界处，而是在半导体表面出现了反型层导致了大的电容。 b.高频时，强反型层在φs≈2φB处开始，一旦强反型发生。耗尽层宽度达到最大，当能带弯曲足够大，使得φs=2φB时，反型层就有效的屏蔽了电场向半导体内的进一步渗透，即使是变化缓慢的静态电压在表面反型层引发附加电荷，高频小信号对于少数载流子而言变化也是很快的。增量电荷出现在耗尽层的边缘上 第五章 1、三种接法共基、共射、共集 2、四种工作状态 放大：发射极正偏，集电极反偏饱和：都正偏 截止：都反偏发向：发射极反偏，集电极正偏 3、Kirk效应（基区展宽效应） 在大电流状态下，BJT的有效基区随电流密度增加而展宽，准中性基区扩展进入集电区的现象，称为Kirk效应 产生有效基区扩展效应的机构主要是大电流时集电结N−侧耗尽区中可移动电荷中和离化的杂质中心电荷导致空间电荷区朝向远离发射结方向推移。 4、厄尔利效应（基区宽度调制效应） 当双极性晶体管（BJT）的集电极－发射极电压VCE改变，基极－集电极耗尽宽度WB-C（耗尽区大小）也会跟着改变。此变化称为厄利效应 5、发射区禁带宽度变窄 在重掺杂情况下，杂质能级扩展为杂质能带，当杂质能带进入了导带或价带，并相连在一起，就形成了新的简并能带，使能带的状态密度发生变化，简并能带的尾部伸入禁带，导致禁带宽度减小，这种现象称为禁带变窄效应。
《半导体器件物理》试卷（二）标准答案及评分细则 一、填空（共 24 分，每空 2 分） 1、 PN 结电击穿的产活力构两种； 答案：雪崩击穿、地道击穿或齐纳击穿。 2、双极型晶体管中重混杂发射区目的； 答案：发射区重混杂会致使禁带变窄及俄歇复合，这将影响电流传输，目的 为提升发射效率，以获得高的电流增益。 3、晶体管特点频次定义； 答案：跟着工作频次 f 的上涨，晶体管共射极电流放大系数降落为1时所对应的频次f T，称作特点频次。 4、P 沟道耗尽型 MOSFET 阈值电压符号； 答案： V T0。 5、 MOS 管饱和区漏极电流不饱和原由； 答案：沟道长度调制效应和漏沟静电反应效应。 6、 BV CEO含义； 答案：基极开路时发射极与集电极之间的击穿电压。 7、 MOSFET 短沟道效应种类； 答案：短窄沟道效应、迁徙率调制效应、漏场感觉势垒降落效应。 8、扩散电容与过渡区电容差别。 答案：扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充 放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 二、简述（共 20 分，每题 5 分） 1、内建电场； 答案： P 型资料和 N 型资料接触后形成 PN 结，因为存在浓度差， N 区的电子会扩散到 P 区，P 区的空穴会扩散到 N 区，而在 N 区的施主正离子中心固定不动，出现净的正电荷，相同 P 区的受主负离子中心也固定不动，出现净的负电荷，于是就会产生空间电荷区。在空间电荷区内，电子和空穴又会发 生漂移运动，它的方向正好与各自扩散运动的方向相反，在无外界扰乱的情 况下，最后将达到动向均衡，至此形成内建电场，方向由N 区指向 P区。 2、发射极电流集边效应； 答案：在大电流下，基极的串连电阻上产生一个大的压降，使得发射极由边 沿到中心的电场减小，进而电流密度从中心到边沿逐渐增大，出现了发射极 电流在凑近基区的边沿渐渐增大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区
半导体器件物理施敏课后答案
1．半导体的晶格结构：金刚石型结构；闪锌矿型结构；纤锌矿型结构 2．原子的能级和晶体的能带 3．半导体中电子的状态和能带（重点，难点） 4．导体、半导体和绝缘体的能带（重点） 研究晶体中电子状态的理论称为能带论，在前一学期的《固体物理》课程中已经比较完整地介绍了，本节把重要的内容和思想做简要的回顾。 本授课单元教学手段与方法： 采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授 本授课单元思考题、讨论题、作业： 作业题：44页1题 本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出） 1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005? 2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》?电子工业 出版社2005 3. 施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002 4. 方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社 5．曾谨言，《量子力学》科学出版社 注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案； 3. “重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体； 4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。
授课类型：理论课授课时间：2节 授课题目（教学章节或主题）： 第一章半导体的电子状态 1.3半导体中的电子运动——有效质量 1.4本征半导体的导电机构——空穴 本授课单元教学目标或要求： 理解有效质量和空穴的物理意义，已知e（k）表达式，能求电子和空穴的有效质量，速度和加速度 本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 1．半导体中e（k）与k的关系（重点，难点） 2．半导体中电子的平均速度 3．半导体中电子的加速度 4．有效质量的物理意义（重点，难点） 【篇二：《半导体器件物理》理论课程教学大纲】 =txt>课程编码：01222316 课程模块：专业方向课修读方式：限选开课学期：5 课程学分：2.5课程总学时：51 理论学时：36实践学时：15 一、课程性质、内容与目标 本课程是高等学校本科集成电路设计与集成系统、微电子技术专业必修的一门专业主干课，是研究集成电路设计和微电子技术的基础课程。本课程是本专业微电子技术方向限选课。
1．在半导体材料中， Si 、Ge 属于第一代半导体材料的，它们的晶格结构是典型的 金刚 石 结构，能带结构属于 间接 带隙型的； GaAs 属于第二代半导体材料的，它们的晶格 结构是典型的 闪锌矿 结构，能带结构属于 直接 带隙型的（直接或间接）。 2．一般情况下，在纯净的半导体中掺 磷 使它成为Ｎ型半导体，在纯净的半导体中掺 硼 ，使它形成Ｐ型半导体。通常把形成Ｎ型半导体的杂质称为 施主杂质 ，把形成Ｐ型半导体的杂质称为 受主杂质 。 3． 费米能级 是衡量电子填充能级的水平，平衡ＰＮ结的标志是有统一的费米能 级 。 4．ＰＮ结击穿共有三种： 雪崩击穿 、 隧道击穿 、 热击穿 ，击穿现象中，电流增大的基本原因不是由于迁移率增大，而是由于载流子浓度增加，一般掺杂浓度下， 雪 崩 击穿机构是主要的，当杂质浓度较高，且反向电压不高时，易发生 隧道 击穿。 5．MIS 结构外加栅压时，半导体表面共有三种状态： 积累 、 耗尽 、 反 型 。 二、 选择题：（共20分 每空1分） 1．硅单晶中的空位属于（ A ） Ａ 点缺陷 Ｂ 线缺陷 Ｃ 面缺陷 2．半导体晶体中原子结合的性质主要是（ A ）。 A 共价键结合 B 金属键结合 C 离子键结合 3．下列能起有效复合中心作用的物质是（ B ） A 硼（ B ） B 金（Au ） C 磷（P ） D 铝（Al ） 4．载流子的迁移率是描述载流子( A )的一个物理量；载流子的扩散系数是描述载流子( B )的一个物理量。 A 在电场作用下的运动快慢 B 在浓度梯度作用下的运动快慢 5．载流子的扩散运动产生（ C ）电流，漂移运动产生（ A ）电流。 A 漂移 B 隧道 C 扩散 6．实际生产中，制作欧姆接触最常用的方法是（ A ） Ａ 重掺杂的半导体与金属接触 Ｂ 轻掺杂的半导体与金属接触 7．MIS 结构半导体表面出现强反型的临界条件是（ B ）。（V S 为半导体表面电势；qV B =E i -E F ） A V S =V B B V S =2V B C V S =0 8．pn 结反偏状态下，空间电荷层的宽度随外加电压数值增加而（ A ）。 A ．展宽 B ．变窄 C ．不变 9．在开关器件及与之相关的电路制造中，（ C ）已作为缩短少数载流子寿命的有效手段。 A 钝化工艺 B 退火工艺 C 掺金工艺 10．真空能级和费米能级的能值差称为（ A ） A 功函数 B 亲和能 C 电离电势 11．平面扩散型双极晶体管中掺杂浓度最低的是（ C ） A 发射区 B 基区 C 集电区 12．下列对钠离子有阻挡作用的钝化膜为（ B ） A 二氧化硅 B 氮化硅 13．室温下，半导体Si 中掺硼的浓度为1014cm －3，同时掺有浓度为1.1×1015cm － 3的磷，则电子 浓度约为（ B ），空穴浓度为（ D ），费米能级（ G ）；将该半导体升温至570K ，则多子浓度约为（ F ），少子浓度为（ F ），费米能级（ I ）。（已知：室温下，ni ≈ 1.5×1010cm －3，570K 时，ni ≈2×1017cm － 3） A 1014cm －3 B 1015cm －3 C 1.1×1015cm － 3 D 2.25×105cm －3 E 1.2×1015cm －3 F 2×1017cm － 3 G 高于Ei H 低于Ei I 等于Ei 三、 判断题（共20分 每题１分） 1. （ √ ）半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间。 2. （ × ）晶体中内层电子有效质量小于外层电子的有效质量。 3. （ √ ）半导体中杂质越多，晶格缺陷越多，非平衡载流子的寿命就越短。 4. （ √ ）半导体中的电子浓度越大，则空穴浓度越小。 5. （ × ）同一种材料中，电子和空穴的迁移率是相同的。 6. （ × ）半导体中载流子低温下发生的散射主要是晶格振动的散射。 7. （ √ ）非平衡载流子的注入方式有电注入和光注入两种，ＰＮ结在外加正向偏压的作用下发生的非平衡载流子的注入是电注入。 8. （ √ ）MOSFET 只有一种载流子（电子或空穴）传输电流。 9. （ √ ）反向电流和击穿电压是表征晶体管性能的主要参数。 10. （ √ ）在某些气体中退火可以降低硅-二氧化硅系统的固态电荷和界面态。 11. （ √ ）高频下，pn 结失去整流特性的因素是pn 结电容 12. （ × ）pn 结的雪崩击穿电压主要取决于高掺杂一侧的杂质浓度。 13. （ √ ）要提高双极晶体管的直流电流放大系数α、β值，就必须提高发射结的注入系数和基区输运系数。 14. （ √ ）二氧化硅层中对器件稳定性影响最大的可动离子是钠离子。 15. （ √ ）场效应晶体管的源极和漏极可以互换，但双极型晶体管的发射极和集电极是不可以互换的。 16. （ √ ）强n 型半导体的费米能级位置最高，强p 型半导体的费米能级位置最低。 17. （ √ ）金是硅中的深能级杂质，在硅中能形成双重能级（受主和施主能级），所以金是有效的复合中心。 18. （ × ）PN 结势垒区主要向杂质浓度高一侧扩展。 19. （ × ）制造MOS 器件常常选用[110]晶向的硅单晶。 20. （ √ ）金属与半导体接触可形成肖特基接触和欧姆接触。 四、名词解释 (共12分 每题3分) 1．平衡状态、非平衡状态 常州信息职业技术学院 2009 －2010 学年第 一 学期 半导体器件物理 课程期末试卷 班级 姓名 学号 成绩 装 订 线