半导体物理与器件
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1. P-N结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的原理
2. 简述晶体管开关的原理
3. 简述晶体管4个频率参数的定义并讨论它们之间的大小关系
4. 简述弗仑克耳缺陷和肖特基缺陷的特点、共同点和关系
5. 以NPN型晶体管为例,试论述晶体管在不同工作模式下基区少数载流子分布特征及与晶体管输出特性间的关系
6. 请阐述MOSFET的基本结构并结合示意图说明在不同外置电压情况下其工作状态和输出特性
7. 叙述非平衡载流子的产生和复合过程,并描述影响非平衡载流子寿命的因素
8. 论述在外加直流电压下P-N结势垒的变化、载流子运动以及能带特征
9. 试叙述P-N结的形成过程以及P-N结外加电压时其单向导电特征
10. 何谓截止频率、特征频率及振荡频率,请叙述共发射极短路电流放大系数与频率间的关系
11. 请叙述晶体管四种工作模式并分析不同模式下基区少数载流子的分布特征
12. 请画出P型半导体理想MOS的C-V曲线,并叙述曲线在不同外加电信号作用下的曲线特征及原因
13. 影响MOS的C-V特性的因素有哪些?它们是如何影响C-V曲线的
14. MOS中硅-二氧化硅,二氧化硅层中有哪些影响器件性能的不利因素
15. 介绍MIS结构及其特点,并结合能带变化论述理想MIS结构在加不同偏压时半导体表面特征
16. 晶体管具备放大能力须具备哪些条件
17. 饱和开关电路和非饱和开关电路的区别(各自有缺点)是什么
18. 简述势垒区正负空间电荷区的宽度和该区杂质浓度的关系
19. 结合能带图简述绝缘体、半导体及导体的导电能力
20. 说明晶体管具有电信号放大能力的条件并画出不同情况下晶体管的输入输出曲线并描述其特征
21. 请画图并叙述晶体管电流放大系数与频率间的关系
22. 请画出MOSFET器件工作中的输出特性及转移特性曲线并描述其特征
23. 请叙述双极型晶体管和场效应晶体管的工作原理及区别
24. 画出CMOS倒相器的工作图并叙述其工作原理
有关半导体的参考文献
参考文献:
1. 陶铸, 朱建新. 半导体物理学[M]. 清华大学出版社, 2017.
2. 张宇. 半导体器件物理与模拟[M]. 电子工业出版社, 2018.
3. 石磊, 朱建新. 半导体器件物理与工艺[M]. 机械工业出版社, 2019.
4. 朱建新. 半导体物理与器件[M]. 清华大学出版社, 2020.
半导体材料是一类具有特殊电学性质的材料,广泛应用于电子器件和集成电路中。随着科技的不断进步,半导体物理学和器件工艺也得以迅速发展。本文将对半导体物理学和器件工艺的一些重要内容进行介绍。
半导体物理学是研究半导体材料的电学性质和输运特性的学科。《半导体物理学》一书详细介绍了半导体材料的基本性质、能带理论、载流子输运、PN结和二极管、MOS结和MOS场效应晶体管等内容。通过学习半导体物理学,可以了解半导体材料的结构、能带结构以及载流子的产生、输运和复合过程,为后续学习半导体器件物理和工艺奠定基础。
半导体器件物理与模拟是研究半导体器件的电学特性和模拟方法的学科。《半导体器件物理与模拟》一书详细介绍了半导体器件的物理效应、载流子输运、PN结和二极管、MOS场效应晶体管、BJT等内容。通过学习半导体器件物理与模拟,可以了解各种半导体器件的工作原理、特性和模拟方法,为后续设计和优化半导体器件提供理论指导。
半导体器件物理与工艺是研究半导体器件制备工艺和性能改善方法的学科。《半导体器件物理与工艺》一书详细介绍了半导体器件的制备工艺、薄膜技术、光刻技术、离子注入和扩散技术等内容。通过学习半导体器件物理与工艺,可以了解各种半导体器件的制备过程和性能改善方法,为实际的半导体器件制造提供技术支持。
半导体物理与器件是综合了半导体物理学和半导体器件物理与工艺的学科。《半导体物理与器件》一书全面介绍了半导体物理和器件的基本原理和应用。通过学习半导体物理与器件,可以深入了解半导体材料的物理性质、器件的工作原理和制备工艺,为实际的半导体器件设计和制造提供理论指导和技术支持。
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半导体物理
1、半导体的五大基本特性
答:(1)负电阻温度系数:温度升高,电阻减小。
(2)光电导效应:由辐射引起的被照射材料的电导率改变的现象。
(3)整流效应:加正向电压时,导通;加反向电压时,不导通。
(4)光生伏特效应:半导体和金属接触时,在光照射下产生电动势。
(5)霍尔效应:通有电流的导体在磁场中受力的作用,在垂直于电
流和磁场的方向产生电动势的现象。
2、简述肖特基缺陷和弗伦克尔缺陷的异同之处。
答:(1)共同点:都是热缺陷(本征缺陷)。
(2)不同点:弗伦克尔缺陷:空位和间隙原子成对出现,晶体体积不发生改变;肖特基缺陷:正离子和负离子空位成比例出现,伴随体积的增加而增加,并且只形成空位而无间隙原子。
3、什么是施主杂质?什么是受主杂质?以Si为例说明。
答:Ⅴ族元素在硅中电离时能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心,称此类杂质为施主杂质;Ⅲ族元素在硅中电离时能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心,称此类杂质为受主杂质。
4、什么是本征激发?什么是本征半导体?本征半导体的特征是什么?
答: (1)电子从价带直接向导带激发,成为导带电子的过程就是本
征激发。
(2)完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。2
(3)电子浓度等于空穴浓度,载流子少,导电性差,温度稳定
性差。
5、在半导体中掺入杂质的作用:掺入杂质可以改变半导体的导电性能,半导体中杂质对电阻的影响非常大。掺入微量杂质时,杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态,在禁带中产生杂质能级,使得电阻大大下降,从而导电性大大提升。
6、阐述深能级杂质的特点。
答:(1)不容易电离,对载流子浓度影响不大;
(2)一般会产生多重能级,甚至既产生施主能级,也产生受主
能级;
(3) 能起到复合中心作用,使少数载流子寿命降低。
7、浅能级杂质和深能级杂质对半导体性质的影响是什么?
答:深能级杂质主要是产生复合中心,缩短少数载流子的寿命;
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,. 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:
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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
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,. 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