半导体器件物理重要知识点答辩
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第七篇题解-半导体表面与MIS结构刘诺编7-1、解:又因为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 s 时,将导致 C-V 特性向负栅压方向移动。
如图(1)恢复平带在金属上所加的电压就是(2)界面电荷。
假设在SiO2中距离金属- SiO2界面x处有一层正电荷,将导致C-V特性向负栅压方向移动。
如图(2)恢复平带在金属上所加的电压就是在实际半导体中,这两种因素都同时存在时,所以实际MIS结构的平带电压为第六篇习题-金属和半导体接触刘诺编6-1、什么是功函数?哪些因数影响了半导体的功函数?什么是接触势差?6-2、什么是Schottky势垒?影响其势垒高度的因数有哪些?6-3、什么是欧姆接触?形成欧姆接触的方法有几种?试根据能带图分别加以分析。
6-4、什么是镜像力?什么是隧道效应?它们对接触势垒的影响怎样的?6-5、施主浓度为7.0×1016cm-3的n型Si与Al形成金属与半导体接触,Al的功函数为4.20eV,Si的电子亲和能为4.05eV,试画出理想情况下金属-半导体接触的能带图并标明半导体表面势的数值。
第1篇一、基础知识部分1. 请简述半导体材料的基本概念及其分类。
2. 解释什么是本征半导体、n型半导体和p型半导体,并说明它们之间的区别。
3. 什么是掺杂?为什么掺杂对于半导体的应用至关重要?4. 什么是载流子?请分别说明电子和空穴载流子的性质。
5. 什么是能带?简述价带、导带和禁带的概念。
6. 什么是能级?请解释能级与能带之间的关系。
7. 什么是施主和受主?它们在半导体中的作用是什么?8. 请解释半导体中的电导率是如何受到温度影响的。
9. 什么是霍尔效应?它在半导体中的应用有哪些?10. 什么是PN结?简述PN结的形成过程、特性和应用。
二、器件原理部分1. 请简述晶体管的工作原理,包括NPN和PNP晶体管。
2. 什么是场效应晶体管(FET)?请解释其工作原理和特性。
3. 什么是MOSFET?请说明其结构、工作原理和优缺点。
4. 什么是二极管?请解释二极管的基本特性和应用。
5. 什么是三极管?请说明三极管的基本特性和应用。
6. 什么是整流器?请列举几种常见的整流器类型及其工作原理。
7. 什么是稳压器?请说明稳压器的工作原理和应用。
8. 什么是放大器?请解释放大器的基本特性和应用。
9. 什么是滤波器?请列举几种常见的滤波器类型及其工作原理。
10. 什么是振荡器?请解释振荡器的基本特性和应用。
三、电路设计部分1. 请简述半导体电路设计的基本流程。
2. 什么是模拟电路和数字电路?请分别说明它们的特点。
3. 什么是电路仿真?请列举几种常见的电路仿真软件。
4. 什么是版图设计?请说明版图设计的基本流程和注意事项。
5. 什么是集成电路封装?请列举几种常见的集成电路封装类型。
6. 什么是测试与验证?请说明测试与验证在半导体电路设计中的重要性。
7. 什么是电路优化?请列举几种常见的电路优化方法。
8. 什么是电源设计?请说明电源设计的基本原则和注意事项。
9. 什么是信号完整性?请解释信号完整性对电路设计的影响。
10. 什么是电磁兼容性?请说明电磁兼容性在电路设计中的重要性。
1半导体中的电子状态1.2半导体中电子状态和能带1.3半导体中电子的运动有效质量1半导体中E与K的关系2半导体中电子的平均速度3半导体中电子的加速度1.4半导体的导电机构空穴1硅和锗的导带结构对于硅,由公式讨论后可得:I.磁感应沿【1 1 1】方向,当改变B(磁感应强度)时,只能观察到一个吸收峰II.磁感应沿【1 1 0】方向,有两个吸收峰III.磁感应沿【1 0 0】方向,有两个吸收峰IV磁感应沿任意方向时,有三个吸收峰2硅和锗的价带结构重空穴比轻空穴有较强的各向异性。
2半导体中杂质和缺陷能级缺陷分为点缺陷,线缺陷,面缺陷(层错等1.替位式杂质间隙式杂质2.施主杂质:能级为E(D,被施主杂质束缚的电子的能量状态比导带底E(C低ΔE(D,施主能级位于离导带底近的禁带中。
3. 受主杂质:能级为E(A,被受主杂质束缚的电子的能量状态比价带E(V高ΔE(A,受主能级位于离价带顶近的禁带中。
4.杂质的补偿作用5.深能级杂质:⑴非3,5族杂质在硅,锗的禁带中产生的施主能级距离导带底较远,离价带顶也较远,称为深能级。
⑵这些深能级杂质能产生多次电离。
6.点缺陷:弗仑克耳缺陷:间隙原子和空位成对出现。
肖特基缺陷:只在晶体内部形成空位而无间隙原子。
空位表现出受主作用,间隙原子表现出施主作用。
3半导体中载流子的分布统计电子从价带跃迁到导带,称为本征激发。
一、状态密度状态密度g(E是在能带中能量E附近每单位间隔内的量子态数。
首先要知道量子态,每个量子态智能容纳一个电子。
导带底附近单位能量间隔内的量子态数目,随电子的能量按抛物线关系增大,即电子能量越高,状态密度越大。
二、费米能级和载流子的统计分布在T=0K时,费米能级E(f可看作是量子态是否被电子占据的一个界限。
附图:随着温度的升高,电子占据能量小于费米能级的量子态的概率下降,占据高于费米能级的量子态的概率上升。
2波尔兹曼分布函数在E-E(f>>K(0T时,服从波尔兹曼分布(是费米能级的一种简化形式)。
半导体物理学简答题及答案知识讲解第一章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。
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。
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:"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?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。
电子技术模拟电路部分第一章半导体器件第一章半导体器件§ 1.1半导体的基本知识§ 1.2PN结及半导体二极管§ 1.3特殊二极管§ 1.4半导体三极管§ 1.5场效应晶体管§1.1 半导体的基本知识1.1.1 导体、半导体和绝缘体导体:自然界中很容易导电的物质称为导体,金属一般都是导体。
绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有不同于其它物质的特点。
例如:•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杂质,会使它的导电能力明显改变。
1.1.2本征半导体一、本征半导体的结构特点现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,它们的最外层电子(价电子)都是四个。
Ge Si通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。
本征半导体:完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
在硅和锗晶体中,原子按四角形系统组成晶体点阵,每个原子都处在正四面体的中心,而四个其它原子位于四面体的顶点,每个原子与其相临的原子之间形成共价键,共用一对价电子。
硅和锗的晶体结构:硅和锗的共价键结构 共价键共用电子对+4 +4 +4 +4+4表示除去价电子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子,常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,所以本征半导体的导电能力很弱。
形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,构成稳定结构。
共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。
+4 +4+4 +4二、本征半导体的导电机理1.载流子、自由电子和空穴在绝对0度(T=0K)和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着,本征半导体中没有可以运动的带电粒子(即载流子),它的导电能力为0,相当于绝缘体。