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第五章结•平衡态PN结；•PN结的伏安特性；•PN结的电容；•PN结的击穿特性；•PN结二极管的开关特性；•金-半肖特基接触和欧姆接触；•异质结：半导体器件的基本结构－PN结、金半结和异质结PN结空间电荷区•由于PN结两边载流子浓度不同造成载流子扩散运动，载流子扩散的结果在结附近出现了空间电荷区，该区域内电离施主和受主杂质的浓度远大于载流子浓度，有电离杂质产生的自建电场，阻止载流子进一步扩散。
•在空间电荷的区内有载流子的漂移流和扩散流，平衡情况下净电流为零。
平衡PN结能带图•空间电荷区内部各点不是电中性，但是整个空间电荷区正负电荷相等；•空间电荷区的电场使PN结两边出现电势差；•热平衡情况下费米能级保持水平；•空间电荷区以外均匀掺杂，是电中性区。
在该区域：导带、价带和费米能级之间的相对位置保持原样。
注意：P区电子的势能高于N区，空穴的势能正好相反，电势N区高于P。
⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=T k qV p p B D p n exp 00⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=T k qV n n B D n p exp 000exp F V V B E E p N k T ⎛⎞−=−⎜⎟⎝⎠0exp C F C B E E n N k T ⎛⎞−=−⎜⎟⎝⎠2l n B D ADik T N NVq n =正向电压下的窄势垒模型•势垒区（空间电荷区）很窄，势垒区两边边界处电子准费米能级保持水平；•势垒区以外的非平衡载流子扩散复合区由于非平衡载流子复合减少逐步趋于平衡，准费米能级趋向平衡费米能级。
该区域内非平衡少数载流子准费米能级变化大而非平衡多数载流子准费米能级变化很小。
从何入手计算伏安特性•假设理想情况包括：低掺杂的突变结、忽略势垒区复合、外加电压全部加在势垒区、小注入。
•因为外电压全部加在势垒区，所以选择势垒区边界计算电流。
•势垒边界的少子和多子都有扩散流和漂移流，非平衡少数载流子的漂移流非常小可以忽略。
•在忽略势垒区复合的情况下，势垒两边的非平衡少数载流子的扩散电流相加就是总电流。
集半导体物理、器件和工艺导论（第一部分）半导体物理和半导体器件物理•复旦大学微电子研究院•包宗明•Baozm@第二章平衡载流子的统计分布•载流子的分布函数•电子浓度和空穴浓度•本征半导体的载流子浓度•单一浅施主和浅受主低掺杂半导体的载流子浓度•载流子浓度和温度的关系•杂质补偿•高载流子浓度效应•哪些因素决定半导体的导电类型？•哪些因素会影响半导体中的电子浓度和空穴浓度？费米分布函数和玻尔兹曼分布函数•处于费米能级相同位置的能量状态上，电子占有的几率是1/2,费米能级表示电子的平均填充水平。
•玻尔兹曼分布函数（一个量子态可以同时被多个电子占有）12F e h E E f f ===：()exp e f A E kT =−1()exp exp 1exp F F e FE E kT E E f E E E kT kT kT−⎛⎞⎛⎞=≈−⎜⎟⎜⎟−⎛⎞⎝⎠⎝⎠+⎜⎟⎝⎠时费米分布近似于玻尔兹曼分布以上结果成立的条件•我们用的是热平衡态统计理论，所以只在热平衡时成立。
•考虑到一个量子态只能被一个电子占有时要用费米分布函数，如果不限定一个量子态上占有的电子数就可以用波兹曼分布函数。
显然当电子数远远少于状态数时该限制没有实际意义，这时两者可以通用。
•在计算导带电子和价带空穴时用玻尔兹曼分布近似，所得结果只在载流子浓度很低（状态填充率低）时成立。
N型半导体中热平衡电子浓度随温度变化•右边是单一浅施主低掺杂半导体中热平衡电子浓度随温度变化的示意图。
弱电离区、饱和电离区和本征激发区的导带电子主要来源分别是施主逐步电离、施主接近全电离和本征激发。
•虚线是本征载流子浓度，只在本征激发区才显示出和电子浓度可比拟的量。
•饱和电离区是晶体管和集成电路正常工作的温度范围。
杂质补偿•电中性条件：•饱和电离区：•在施主浓度大于受主的情况下，施主能级上的电子首先要填充受主能级。
AADDpNnnNp−+=−+00D An p N N=+−重掺杂效应•杂质浓度和有效状态密度接近就必须考虑一个量子态只允许被一个电子占有，这时杂质能级和导带中的电子不能用玻尔兹曼分布函数作近似，必须用费米分布函数。
882半导体器件原理882半导体器件是一种电子器件，它是由半导体材料制成的。
半导体材料是介于导体和绝缘体之间的一种材料，它具有导电性能，但不如金属导体那么好，同时又具有一定的绝缘性能。
半导体材料有很多种，如硅、锗、砷化镓等。
其中硅是最常用的一种半导体材料，因为它的晶体结构稳定，制备工艺成熟，性能可靠。
半导体材料制成的器件就是半导体器件。
半导体器件有很多种，如二极管、晶体管、场效应管等。
其中882半导体器件是一种常见的二极管，它由P型半导体和N型半导体组成。
P型半导体中的杂原子掺入了三价原子，如铝、硼等，这些杂原子缺少一个电子，因此形成了空穴，使得P型半导体中的电子数比空穴数少。
N型半导体中的杂原子掺入了五价原子，如磷、锑等，这些杂原子多了一个电子，因此形成了自由电子，使得N型半导体中的电子数比空穴数多。
当P型半导体和N型半导体接触时，由于电子的扩散和空穴的扩散，形成了一个PN结。
PN结具有单向导电性，即电流只能从P型半导体流向N型半导体，而不能反过来。
882半导体器件就是利用PN结的单向导电性制成的二极管。
它具有良好的整流特性，即只能让电流从正向流过，而不能让电流从反向流过。
882半导体器件的原理可以用饱和电流和截止电流来描述。
当882半导体器件正向偏置时，电流可以通过PN结，此时电流达到饱和电流。
而当882半导体器件反向偏置时，电流不能通过PN结，此时电流为零，达到截止电流。
在实际应用中，882半导体器件常用于电源电路、检波电路、调制解调电路等。
由于其良好的整流特性和快速开关速度，使得882半导体器件在电子设备中得到了广泛的应用。
882半导体器件是一种常见的半导体器件，它具有良好的单向导电性和整流特性。
了解882半导体器件的原理和应用，有助于我们更好地理解电子器件的工作原理和电路的设计。
一．选择题１５＊６
１。
p＋－n结耗尽层宽度主要取决于：B
Ａ：p＋区浓度Ｂ：n区的浓度Ｃ：p＋区和n区的浓度
２。
二极管正向阈值电压Ｖf：b
Ａ：随温度升高而升高Ｂ：随温度升高而下降Ｃ：不随温度变化
３。
p－n结隧穿电压比雪崩击穿电压：B
Ａ：来得大Ｂ：来得小Ｃ：在同一数量级上
４。
双极型晶体管共基极连接：
Ａ：只有电流放大作用Ｂ：既有电流放大作用又有电压放大作用Ｃ：无电流放大有电压放
大
５。
晶体管基区运输系数主要决定于：c
Ａ：基区浓度Ｂ：基区电阻率和基区少子寿命Ｃ：基区宽度和基区少子扩散长度
６。
npn平面晶体管发射效率与发射区浓度关系；C
Ａ：发射区浓度越高发射效率越高Ｂ：发射区电阻率越高发射率越高Ｃ：发射区浓度
不能太高否则发射率反而下降
７。
电子迁移率等于１５００，４００Ｋ温度下其扩散系数为：B
Ａ：３９Ｂ：５２Ｃ：７０
８。
题目给出mos结构的Ｑsc～ψs关系图，要求判断其衬底是什么型（n型，p 型，中性）
９．理想的mos结构Ｃ～Ｖ关系图与实际的Ｃ～Ｖ关系图的差别是：
Ａ：只有p型时，向负方向平移一段距离Ｂ：n型时向正方向平移一段距离Ｃ：向负方
向平移一段距离，与类型无关
１０．mos管＂缓变沟道近似＂是指：
Ａ：垂直与沟道方向电场和沿沟道方向电场变化很慢Ｂ：沿沟道方向的电场变化很慢
Ｃ：沿沟道方向的电场很小
１１．mos工作时的沟道夹断点电压Ｖdsat：
Ａ：与栅电压Ｖgs无关Ｂ：在长沟道与短沟道是不同Ｃ：始终等于Ｖgs－Ｖt
１２．nos管体电荷变化效应是指；
Ａ：衬源偏压Ｖbs对阈值电压Ｖt的影响Ｂ：沟道耗尽层受栅压Ｖgs影响而对电流Ｉds影
响Ｃ：沟道耗尽层受栅压漏源电压Ｖds影响而对电流Ｉds影响
１３．mos亚阈值电流的主要特征：
具体选项没记下，主要是电流随Ｖgs指数变化，当Ｖds大于３ＫＴ／q时电流与Ｖds关系不
大
１４．nos管短沟道效应是指：
选项没有记下
１５．控制cmos倒相管latch－up最有效的方法：
Ａ：提高沟道电场Ｂ：等比率缩小器件Ｃ：增大衬底电阻
二．名词解析５＊６
１．试说明迁移率的定义是什么？其量纲是什么？
２．试说明mos管沟道长度调变效应及其影响
３．试说明mos管有放大作用的基本原理
４．试说明mos管的频率特性和其基本参数的关系
５．试说明如何降低n沟道mos集成倒相器静态工作时的功耗
三．计算题１＊３０
有一个n沟道mos场效应管，衬底浓度Ｎa＝１０＾１７（cm＾－３），氧化层厚度Ｔox＝５
０nm，氧化层中正电荷密度Ｎss＝１０＾１０（cm＾－２），金属ＡＬ的功函数Ｗm＝４．
２ev，硅的电子亲和势为４．０５ev．试求该管的阈值电压Ｖt，它是什么型？在Ｖg＝３
v，Ｖds＝２v时，它工作在什么区？（注：其他的所有常数都没有给出）
器件题目：
一单项选择题5'*12
（部分选项可能与实题有出入）
1.在P正-N结中耗尽层的宽度取决于
A.Na
B.Nd
C.Na和Nd
2.在二极管中，正向阈值电压Vf和温度的关系是
A.Vf随温度升高而上升
B.Vf随温度升高而下降
C.Vf不随温度变化
3.二极管中的隧道击穿电压和齐纳击穿电压相比
A.隧道击穿电压高
B.齐纳击穿电压高
C.两个击穿电压在一个数量级之上
4.P正-N结中，势垒电容的大小取决于a
A.Na
B.Nd
C.Na和Nd
5.双极型p-n-p晶体管中，发射区掺杂浓度和发射效率的关系是
A.掺杂浓度越高，发射效率越高
B.掺杂浓度和发射效率没有关系
C.掺杂浓度并非越高越好，过高反而会降低发射效率
6.在双极型晶体管中，使用Ge-Si基区的目的是（选项记不清了）
A.提高发射效率并且降低基区电阻
B.提高基区输运系数
C.仅仅为了提高发射效率
7.在双极型晶体管中，基区输运系数与什么有关
A.发射区掺杂浓度
B.基区宽度和少子扩散长度
C.基区掺杂浓度和少子分布
8.在漂移基区晶体管中，基区内建电场与什么因素关系最大
A.少子浓度分布
B.掺杂浓度
C.基区宽度
9.在N沟道耗尽型MOS管中，何时沟道会消失
A.Vg<Vt
B.Vg>Vt
C.Vg>0
10.MOS管的沟道电流与以下那些因素有关
（选项记不清了，知道公式就能选对）
11.MOS管的阈值电压与以下那些因素有关
（同上）
12.MOS管的短沟道效应会导致以下什么的发生
A.沟道电流和阈值电压都增大
B.沟道电流增大
C.阈值电压增大
二计算题30'*3
1.根据以下四个MOS电容中直流电荷的分布图，判断1)衬底类型2)MOS电容工作在什么区
3)画出MOS表面能带图
（四个图为半物课本MOS结构中的那几张，因为我现在手里没有半物书，具体是否一一对
应暂时不明）
2.已知IDSS＝10^-4A,VDSAT=4V,Vt=0.8V
1)求VGS
2)若VGS=2V,VDS=2V,求IDS
3)若VGS=3V,VDS=1V,再求IDS
3.已知在CMOS集成倒相器中，tox＝50nm,p-sub衬底浓度为
4.5*10^16,
Nss=2*10^10(这个
数量级记不清了)，Al的功函数为4.2V，p阱的注入浓度为3*10^17,Vdd＝3V
求倒相管和负载管的阈值电压。
