1
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；
1
半导体器件物理复习题
三． P-N结：
概念题：
1. 什么是均匀掺杂P-N结？
半导体的一个区域均匀掺杂了受主杂质，而相邻的区域均匀掺杂了施主杂质。值得注意这种结称谓同质结。
2. 冶金结？
P-N结交接面称谓冶金结。
3. 空间电荷区或称耗尽区？
冶金结的两边的P区和N区，由于存在载流子浓度梯度而形成了空间电荷区或耗尽区。该区内不存在任何可移动的电子或空穴。N区内的空间电荷区由于存在着施主电离杂质而带正电，P区内的空间电荷区由于存在着受主电离杂质而带负电。
4. 空间电荷区的内建电场？
空间电荷区的内建电场方向由N型空间电荷区指向P型空间电荷区。
5. 空间电荷区的内建电势差？
空间电荷区两端的内建电势差维持着热平衡状态，阻止着N区的多子电子向P区扩散的同时，也阻止着P区的多子空穴向N区扩散。
6. P-N的反偏状态？
P-N结外加电压（N区相对于P区为正，也即N区的电位高于P 2
区的电位）时，称P-N结处于反偏状态。外加反偏电压时，会增加P-N的势垒高度，也会增大空间电荷区的宽度，并且增大了空间电荷区的电场。
7. 理解P-N结的势垒电容？
随着反偏电压的改变，耗尽区中的电荷数量也会改变，随电压改变的电荷量可以用P-N结的势垒电容描述。
8.何谓P-N结正偏？并叙述P-N结外加正偏电压时，会出现何种情况？
9.单边突变结？
冶金结一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的P-N结。
10.空间电荷区的宽度？
从冶金结延伸到N区的距离与延伸到P区的距离之和。
练习题：
11.画出零偏与反偏状态下，P-N结的能带图。根据能带图写出内建电势的表达式。
12.导出单边突变结空间电荷区内电场的表达式，并根据导出的表达式描述最大电场的表达式，解释反偏电压时空间电荷区的参数如势垒电容，空间电荷区宽度，电场强度如何随反偏电压变化。
13.若固定ND=1015cm-3,分别计算（1）NA=1015cm-3；（2）NA=1016cm-3；
半一复习笔记
By 潇然
2018.1.12
1.1平衡PN结的定性分析
1. pn结定义：在一块完整的半导体晶片（Si、Ge、GaAs等）上，用适当的掺杂工艺使其一边形成n型半导体，另一边形成p型半导体，则在两种半导体的交界面附近就形成了pn结
2. 缓变结：杂质浓度从p区到n区是逐渐变化的，通常称为缓变结
3. 内建电场：空间电荷区中的这些电荷产生了从n区指向p区，即从正电荷指向负电荷的电场
4. 耗尽层：在无外电场或外激发因素时，pn结处于动态平衡，没有电流通过，内部电场E为恒定值，这时空间电荷区内没有载流子，故称为耗尽层
1.2 平衡PN结的定量分析
1. 平衡PN结载流子浓度分布
2. 耗尽区近似：一般室温条件，对于绝大多部分势垒区，载流子浓度比起N区和P区的多数载流子浓度小的多，好像已经耗尽了，此时可忽略势垒区的载流子，空间电荷密度就等于电离杂质浓度，即为耗尽区近似。所以空间电荷区也称为耗尽区。在耗尽区两侧，载流子浓度维持原来浓度不变。
1.4 理想PN结的伏安特性（直流）
1. 理想PN结：符合以下假设条件的pn结称为理想pn结
(1) 小注入条件—注入的少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多；Δn
Δp
(2) 突变耗尽层条件—外加电压和接触电势差都降落在耗尽层上，耗尽层中的电荷是由电离施主和电离受主的电荷组成，耗尽层外的半导体是电中性的。
(3) 通过耗尽层的电子和空穴电流为常量，不考虑耗尽层中载流子的产生及复合作用；
(4) 玻耳兹曼边界条件—在耗尽层两端，载流子分布满足玻耳兹曼统计分布。 2. 理想pn结模型的电流电压方程式（肖特来方程式）：
1.5 产生-复合电流
1. 反偏PN结的产生电流
2. 正偏PN结的复合电流
1.6 理想PN结交流小信号特性
1. 扩散电阻
2. 扩散电容
1.7 势垒电容 在考虑正偏时耗尽层近似不适用的情况下，大致认为正偏时势垒电容为零偏时的四倍，即
《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结电击穿的产生机构两种；
答案：雪崩击穿、隧道击穿或齐纳击穿。
2、双极型晶体管中重掺杂发射区目的；
答案：发射区重掺杂会导致禁带变窄及俄歇复合，这将影响电流传输，目的为提高发射效率，以获取高的电流增益。
3、晶体管特征频率定义；
答案：随着工作频率f的上升，晶体管共射极电流放大系数下降为1时所对应的频率Tf，称作特征频率。
4、P沟道耗尽型MOSFET阈值电压符号；
答案：0TV。
5、MOS管饱和区漏极电流不饱和原因；
答案：沟道长度调制效应和漏沟静电反馈效应。
6、BVCEO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、迁移率调制效应、漏场感应势垒下降效应。
8、扩散电容与过渡区电容区别。
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，每小题5分）
1、内建电场；
答案：P型材料和N型材料接触后形成PN结，由于存在浓度差，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，同样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，在无外界干扰的情况下，最后将达到动态平衡，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，基极的串联电阻上产生一个大的压降，使得发射极由边缘到中心的电场减小，从而电流密度从中心到边缘逐步增大，出现了发射极电流在靠近基区的边缘逐渐增大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区电阻自偏压效应。
3、MOSFET本征电容；
答案：即交流小信号或大信号工作时电路的等效电容，它包括栅漏电容和栅源电容，栅漏电容是栅源电压不变、漏源电压变化引起沟道电荷的变化与漏源电压变化量之间的比值，而栅源电容是指栅压变化引起沟道电荷与栅源电压变化量之间的比值。
