《半导体器件》课程复习提纲
2014-1-8
基础：半导体物理基本概念、物理效应，p－n结。
重点：双极型晶体管、JFET、GaAs MESFET、MOSFET。
了解：材料物理参数、器件直流参数和频率参数的意义。
根据物理效应、重要方程、实验修正，理解半导体器件工作原理和特性，进行器件设计、优化、仿真与建模。
第一章：半导体物理基础
主要内容包括半导体材料、半导体能带、本征载流子浓度、非本征载流子、本征与掺杂半导体、施主与受主、漂移扩散模型、载流子输运现象、平衡与非平衡载流子。
半导体物理有关的基本概念，质量作用定律，热平衡与非平衡、漂移、扩散，载流子的注入、产生和复合过程，描述载流子输运现象的连续性方程和泊松方程。（不作考试要求）
第二章：p－n结
主要内容包括热平衡下的p－n结，空间电荷区、耗尽区（耗尽层）、内建电场等概念，p－n结的瞬态特性，结击穿，异质结与高低结。
耗尽近似条件，空间电荷区、耗尽区（耗尽层）、内建电势等概念，讨论pn结主要以突变结（包括单边突变结）和线性缓变结为例，电荷分布和电场分布，耗尽区宽度，势垒电容和扩散电容的概念、定义，直流特性：理想二极管IV方程的推导
对于考虑产生复合效应、大注入效应、温度效应对直流伏安特性的简单修正。PN的瞬态特性，利用电荷控制模型近似计算瞬变时间。结击穿机制主要包括热电击穿、隧道击穿和雪崩击穿。要求掌握隧道效应和碰撞电离雪崩倍增的概念，雪崩击穿条件，雪崩击穿电压、临界击穿电场及穿通电压的概念，异质结的结构及概念，异质结的输运电流模型。高低结的特性。
第三章：双极型晶体管
主要内容包括基本原理，直流特性，频率响应，开关特性，异质结晶体管。
晶体管放大原理，端电流的组成，电流增益的概念以及提高电流增益的原则和方法。理性晶体管的伏安特性，工作状态的判定，输入输出特性曲线分析，对理想特性的简单修正，缓变基区的少子分布计算，基区扩展电阻和发射极电流集边效应，基区宽度调制，基区展宽效应，雪崩倍增效应，基区穿通效应，产生复合电流和大注入效应，晶体管的物理模型E－M模型和电路模型G－P模型。跨导和输入电导参数，低频小信号等效电路和高频等效电路，频率参数，包括共基极截止频率fα和共射极截止频率fβ的定义，特征频率fT的定义，频率功率的限制，其中少子渡越基区时间，提高频率特性的主要措施。开关特性的参数定义，开关时间的定义和开关过程的描述，利用电荷控制方程简单计算开关时间。开关晶体管中最重要的参数是少子寿命。异质结双极型晶体管的结构及优点。
半导体器件物理复习文档
PPT复习内容
2.突变结：P区和N区之间的杂质分布变化陡峭的PN结。
3.线性缓变结：P区和N区之间的杂质分布变化比较缓慢，可看成是线性变化的PN结。
4.单边突变结：PN结一侧的掺杂浓度比另一侧的高得多，表示为P+N或PN+。
5.2.空间耗尽区（也即空间电荷区），耗尽层近似；
耗尽近似是对实际电荷分布的理想近似，包含两个含义：
（1）在冶金结附近区域，-xp
（2）耗尽区以外的电荷密度处处为0。
6.正向注入（扩散），反向抽取（漂移）
正偏时：扩散流大于漂移流，n区电子扩散到p区（-xp)处积累成为p区的少子；p区的空穴扩散到n区的（xn）处积累成为n区的少子。这一过程称为正向注入。
反偏时：p区的电子漂移到n区，n区的空穴漂移到p区，这一过程称为反向抽取
7.4.变容二极管，肖特基二极管，隧道二极管，长二极管，短二极管
（1）工作在反偏状态下的二极管，势垒电容随反偏电压的增加
而减小，称为变容二极管
（2）金属和半导体形成整流接触时具有正向导通，反向截止的
作用，称作肖特基二极管
（3）n区和p区都为简并掺杂的pn结称为隧道二极管
（4）pn结的p区和n区准中性区域的宽度远大于扩散长度时，
则称这个二极管为长二极管
（5）pn结轻掺杂一侧的准中性区域的宽度与扩散长度同数量级
或更小时，则称这个二极管为窄基区二极管或短二极管
8. 势垒电容Cj：形成空间电荷区的电荷随外加电压变化（结电容或耗尽层电容）二极管的反向偏置结电容随反向电压的增加而减小
扩散电容Cd：p-n结两边扩散区中，当加正向偏压时，有少子的注入，并积累电荷，它也随外电压而变化.扩散区的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应。
9.电荷存储和反向恢复时间：正偏时，电子从n区注入到p区，空穴从p区注入到n区，在耗尽层边界有少子的积累。导致p-n结内有等量的过剩电子和空穴-电荷的存储。
突然反向时，这些存储电荷不能立即去除，消除存储的电荷有两种途径：复合和漂移。都需要经过一定时间ts,p-n结才能达到反偏状态，这个时间为反向恢复时间
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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；
第一章题解－1 第一章 常用半导体器件
1、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。
（1）在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。（ ）
（2）因为N型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（ ）
（3）PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ）
（4）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。（ ）
解：（1）√ （2）× （3）√ （4）×
2、选择正确答案填入空内。
（1）PN结加正向电压时，空间电荷区将 。
A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽
（2）设二极管的端电压为U，则二极管的电流方程是 。
A. ISeU B. TUUIeS C. )1e(S－TUUI
（3）稳压管的稳压区是其工作在 。
A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿
（4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。
A. 前者反偏、后者也反偏
B. 前者正偏、后者反偏
C. 前者正偏、后者也正偏
（5）在本征半导体中加入 元素可形成N型半导体，加入 元素可形成P型半导体。
A. 五价 B. 四价 C. 三价
（6）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将 。
A. 增大 B. 不变 C. 减小
（7）工作在放大区的某三极管，如果当IB从12μA增大到22μA时，IC从1mA变为2mA，那么它的β约为
