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半导体物理及器件随着现代科技的不断发展，半导体技术已经成为了当今世界最具有前沿性的技术之一。
半导体器件的广泛应用已经渗透到了我们日常生活的方方面面，比如智能手机、电脑、平板等等。
那么，什么是半导体物理及器件呢？本文将从物理层面解读半导体及其相关器件的工作原理。
一、半导体物理基础半导体是指在温度较高时表现为导体，在温度较低时表现为绝缘体的物质。
半导体的电子结构与导体和绝缘体不同，它们的导电方式是通过控制外部电场，来控制内部电子的行为。
半导体材料通常由四元素组成，如硅、锗等，这些元素的原子堆积方式形成了晶格结构，其中的电子行为也受到了晶格结构的影响。
半导体中的电子行为分为自由电子和价带电子。
自由电子是指受到外部电场作用后，可以自由移动的电子。
而价带电子则是不能自由移动的电子。
当半导体受到外部电场的作用时，价带电子会被激发到导带电子中，从而形成电流。
二、半导体器件半导体器件是基于半导体材料制造的电子器件。
半导体器件主要包括二极管、场效应晶体管、晶体管等等。
这些器件的工作原理都是基于半导体物理基础的。
1. 二极管二极管是一种最基本的半导体器件，它由P型半导体和N型半导体组成。
P型半导体与N型半导体之间形成了PN结，当施加电压时，PN结中的电子会被激发到导带中，从而形成电流。
当电流方向为从P型半导体流向N型半导体时，二极管可以通过电流；当电流方向为从N型半导体流向P型半导体时，二极管则不导电。
2. 场效应晶体管场效应晶体管（FET）是一种电子管，它是由金属栅极、P型半导体和N型半导体组成。
FET的工作原理是基于电场效应的，当外加电压作用于金属栅极时，会在P型半导体和N型半导体之间形成一个电场，从而控制电子的流动。
FET有很多种类型，其中最常见的是MOSFET。
3. 晶体管晶体管是一种三端半导体器件，它由P型半导体、N型半导体和控制极组成。
晶体管的工作原理是基于PN结的反向偏压和电场效应。
当控制极施加正电压时，会在PN结中形成反向偏压，从而使电流无法通过；当控制极施加负电压时，PN结中的电子会被激发到导带中，形成电流。
半导体物理与器件知识点
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。
半导体物理与器件(尼曼第四版)答案第一章：半导体材料与晶体1.1 半导体材料的基本特性半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它的基本特性包括：1.带隙：半导体材料的价带与导带之间存在一个禁带或带隙，是电子在能量上所能占据的禁止区域。
2.拉伸系统：半导体材料的结构是由原子或分子构成的晶格结构，其中的原子或分子以确定的方式排列。
3.载流子：在半导体中，存在两种载流子，即自由电子和空穴。
自由电子是在导带上的，在外加电场存在的情况下能够自由移动的电子。
空穴是在价带上的，当一个价带上的电子从该位置离开时，会留下一个类似电子的空位，空穴可以看作电子离开后的痕迹。
4.掺杂：为了改变半导体材料的导电性能，通常会对其进行掺杂。
掺杂是将少量元素添加到半导体材料中，以改变载流子浓度和导电性质。
1.2 半导体材料的结构与晶体缺陷半导体材料的结构包括晶体结构和非晶态结构。
晶体结构是指材料具有有序的周期性排列的结构，而非晶态结构是指无序排列的结构。
晶体结构的特点包括：1.晶体结构的基本单位是晶胞，晶胞在三维空间中重复排列。
2.晶格常数是晶胞边长的倍数，用于描述晶格的大小。
3.晶体结构可分为离子晶体、共价晶体和金属晶体等不同类型。
晶体结构中可能存在各种晶体缺陷，包括：1.点缺陷：晶体中原子位置的缺陷，主要包括实际缺陷和自间隙缺陷两种类型。
2.线缺陷：晶体中存在的晶面上或晶内的线状缺陷，主要包括位错和脆性断裂两种类型。
3.面缺陷：晶体中存在的晶面上的缺陷，主要包括晶面位错和穿孔两种类型。
1.3 半导体制备与加工半导体制备与加工是指将半导体材料制备成具有特定电性能的器件的过程。
它包括晶体生长、掺杂、薄膜制备和微电子加工等步骤。
晶体生长是将半导体材料从溶液或气相中生长出来的过程。
常用的晶体生长方法包括液相外延法、分子束外延法和气相外延法等。
掺杂是为了改变半导体材料的导电性能，通常会对其进行掺杂。
常用的掺杂方法包括扩散法、离子注入和分子束外延法等。
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：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型的结构图发射区掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度最低附常规npn截面图造成实际结构复杂的原因是：1.各端点引线要做在表面上，为了降低半导体的电阻，必须要有重掺杂的N+型掩埋层。
半导体物理与器件什么是半导体物理？半导体物理是研究半导体材料的物理性质和行为的学科。
半导体是一种电阻介于导体和绝缘体之间的材料。
在常规的物理中，导体是电流的快速传输介质，而绝缘体几乎不导电。
而半导体则具有介于两者之间的导电特性，并且可以通过控制外部电压或温度来改变其导电能力。
半导体器件的发展随着半导体物理的深入研究，人们逐渐认识到半导体材料的巨大潜力。
在上个世纪的50年代，第一个晶体管被发明。
晶体管是一种利用半导体材料特性实现放大和开关功能的器件。
它取代了以前广泛使用的真空管，成为现代电子技术的基础。
随后，各种各样的半导体器件相继发展出来，如二极管、场效应晶体管（FET）和集成电路（IC）等。
半导体器件的原理二极管二极管是最简单的半导体器件之一。
它由一个P型半导体和一个N型半导体组成。
这两个半导体通过P-N结相连接。
当施加正向电压时，P型半导体接近正极，N型半导体接近负极，电流能够流动；当施加反向电压时，P-N结会形成一个耗尽区，电流无法通过。
因此，二极管可以将交流信号转换为直流信号。
场效应晶体管（FET）场效应晶体管是一种使用电场控制电流的器件。
它由一个N型或P型半导体构成的通道和两个控制端组成。
当一个电压加到控制端时，电场会调整通道中的电荷分布，进而控制电流的流动。
FET具有高输入阻抗、低输出阻抗和较低的功耗，因此在放大和开关应用中得到广泛应用。
集成电路（IC）集成电路是将大量的电子元件，如晶体管、电阻、电容等，集成在一个芯片上的器件。
它可以实现复杂的电路功能，并具有小体积、低功耗和高可靠性等优点。
集成电路的发展推动了信息技术的快速发展，使得计算机、通信、消费电子等领域得到了革命性的变革。
半导体器件在现代技术中的应用半导体器件在现代技术中起着举足轻重的作用。
它们广泛应用于各种领域，如通信、信息技术、能源和医疗等。
通信半导体器件在通信领域中起到关键作用。
光纤通信、移动通信、卫星通信等都是基于半导体器件的技术实现的。
半导体物理与器件习题目录半导体物理与器件习题 (1)一、第一章固体晶格结构 (2)二、第二章量子力学初步 (2)三、第三章固体量子理论初步 (2)四、第四章平衡半导体 (3)五、第五章载流子输运现象 (5)六、第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (5)七、第七章pn结 (6)八、第八章pn结二极管 (6)九、第九章金属半导体和半导体异质结 (7)十、第十章双极晶体管 (7)十一、第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (8)十二、第十二章MOSFET概念的深入 (9)十三、第十三章结型场效应晶体管 (9)一、第一章固体晶格结构1．如图是金刚石结构晶胞，若a 是其晶格常数，则其原子密度是。
2．所有晶体都有的一类缺陷是：原子的热振动，另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。
3．半导体的电阻率为10-3～109Ωcm。
4．什么是晶体？晶体主要分几类？5．什么是掺杂？常用的掺杂方法有哪些？答：为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。
常用的掺杂方法有扩散和离子注入。
6．什么是替位杂质？什么是填隙杂质？7．什么是晶格？什么是原胞、晶胞？二、第二章量子力学初步1．量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。
2．什么是概率密度函数？3．描述原子中的电子的四个量子数是：、、、。
三、第三章固体量子理论初步1．能带的基本概念◼能带（energy band）包括允带和禁带。
◼允带（allowed band）：允许电子能量存在的能量范围。
◼禁带（forbidden band）：不允许电子存在的能量范围。
◼允带又分为空带、满带、导带、价带。
◼空带（empty band）：不被电子占据的允带。
◼满带（filled band）：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。
导带：有电子能够参与导电的能带，但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。
价带:由价电子形成的能带，但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。
半导体物理和半导体器件学习总结1最近看了⼀遍半导体物理和半导体器件物理，准备总结⼀下。
涉及的内容和概念⾮常多，需要写好多篇，并配合图⽚和思维导图。
同时复习以前做过的习题、ppt、整理出的考研题等等。
但其实想要系统的理解其原理，还需要⼀些量⼦、电磁场、热⼒学、固体物理的知识，才能完整的掌握。
当然这些课我学的也不好，准备复习⼀下。
所以这⾥超纲或者不解的部分，我会做出记号，等明⽩之后再来解答。
1. 半导体物理基础和能带理论2. 载流⼦统计分布3. PN结原理4. ⾦半接触和MIS结构1. PN结原理2. 双极型晶体管3. MOS原理以上即为整理的⽬录，本次先从第⼀章，半导体物理基础和能带理论开始。
⼀、半导体物理基础和能带理论1、能带论①：⽤单电⼦近似法研究晶体中电⼦状态的理论称为能带论单电⼦近似法只知道密度泛函理论，虽然具体的推导也不太会，但⼤概意思了解⼀点。
这部分可能还要看看固体物理课本。
2、⾦刚⽯型结构：sp3杂化轨道这部分确实不太懂，好像是量⼦⼒学⾥⾯的内容，还要再复习⼀下②3、分⼦结构：四族主要是⾦刚⽯型结构三五族主要是闪锌矿型结构晶向、晶⾯之类的概念就不看了，具体研究遇到再说。
4、原⼦的能级和晶体的能带能级分⽴的原⼦形成晶体后，各个原⼦的电⼦壳层会有⼀定的交叠，外层交叠多，内层少，所以会产⽣电⼦共有化运动，越外层越显著。
同时能级分裂形成能带。
形成晶体的原⼦数N很⼤时，会形成明显的能带，叫做允带，允带之间是禁带。
但能带不⼀定与能级⼀⼀对应，例如硅、锗，它们都有四个价电⼦，两个s电⼦、两个p电⼦，组成晶体后，由于轨道杂化，形成上下两个能带，分别可以容纳4N个电⼦，于是形成满的价带和空的导带。
这部分还是不是很明⽩，可能还需要复习量⼦和近代物理才⾏。
③5、布⾥渊区与能带单电⼦近似的概念：晶体中的某⼀个电⼦是在周期性排列且固定不动的原⼦核的势场，以及⼤量电⼦的平均势场中运动，这个势场也是周期性变化的，周期与晶格周期相同。
半导体物理与器件工作岗位半导体物理与器件是一个涉及半导体材料、器件设计与制造的领域。
这个领域的工作岗位非常丰富，可以在学术研究机构、半导体行业的研发部门、制造厂商等多个领域从事相关工作。
在这个领域工作，需要具备一定的物理基础知识和工程实践经验，同时也需要不断学习和跟进行业的最新发展。
工作岗位一般可以分为几个方向，包括材料研究与制备、器件设计与仿真、器件加工与制造、测试与验证等。
1.材料研究与制备:这个方向的工作主要关注半导体材料的研究与制备。
工作内容包括材料性质的表征、材料的纯化与生长、材料的结构与性能调控等。
这个方向需要具备扎实的材料科学知识，熟悉各种材料表征和制备技术，并能够解决材料相关的问题。
2.器件设计与仿真:这个方向的工作主要关注半导体器件的设计与仿真。
工作内容包括器件的结构设计、电路仿真与优化、性能参数的提升等。
这个方向需要具备深入的电子学知识和设备物理学知识，熟练使用器件仿真软件和设计工具，并能够解决设计与仿真过程中的问题。
3.器件加工与制造:这个方向的工作主要关注半导体器件的加工与制造。
工作内容包括工艺流程的制定与改进、设备操作与维护、工艺参数的调控等。
这个方向需要具备工程学背景和丰富的实践经验，熟悉半导体制造工艺和设备，能够解决加工与制造过程中的问题。
4.测试与验证:这个方向的工作主要关注半导体器件的测试与验证。
工作内容包括测试方法的研究与开发、测试数据的分析与处理、器件性能的验证等。
这个方向需要具备电子学知识和测试技术的实践经验，熟悉各种测试设备和测试方法，并能够解决测试与验证过程中的问题。
在半导体物理与器件领域工作，需要具备扎实的物理学基础知识，熟悉半导体物理学的理论和方法，并能够将其应用到具体的工程实践中。
同时，也需要关注行业的最新进展，不断学习和提升自己的专业能力，以适应快速发展的半导体行业。
总的来说，半导体物理与器件领域的工作岗位非常广泛，从材料研究到器件制造，涵盖了整个半导体产业链的各个环节。
半导体物理与器件答案半导体物理与器件答案篇一：半导体物理习题及答案复习思索题与自测题第一章1. 原子中的电子和晶体中电子受势场作用状况以及运动状况有何不同, 原子中内层电子和外层电子参加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互相作用势的束缚作用下以电子XX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。
当原子相互靠近结成固体时，各个原子的内层电子仍旧组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而，外层价电子则参加原子间的互相作用，应当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像，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像。
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,因此能带愈窄.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的改变状况不同，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。
半导体物理与器件第四版答案半导体物理与器件第四版答案【篇一：半导体物理第五章习题答案】>1. 一个n型半导体样品的额外空穴密度为1013cm-3，已知空穴寿命为100?s，计算空穴的复合率。
解：复合率为单位时间单位体积内因复合而消失的电子-空穴对数，因此1013u1017cm?3?s ?6100?102. 用强光照射n型样品，假定光被均匀吸收，产生额外载流子，产生率为gp，空穴寿命为?，请①写出光照开始阶段额外载流子密度随时间变化所满足的方程；②求出光照下达到稳定状态时的额外载流子密度。
解：⑴光照下，额外载流子密度?n=?p，其值在光照的开始阶段随时间的变化决定于产生和复合两种过程，因此，额外载流子密度随时间变化所满足的方程由产生率gp和复合率u的代数和构成，即 d(?p)?p gp? dt?d(?p)0，于是由上式得⑵稳定时额外载流子密度不再随时间变化，即dtp?p?p0?gp?3. 有一块n型硅样品，额外载流子寿命是1?s，无光照时的电阻率是10??cm。
今用光照射该样品，光被半导体均匀吸收，电子-空穴对的产生率是1022/cm3?s，试计算光照下样品的电阻率，并求电导中少数载流子的贡献占多大比例？解：光照被均匀吸收后产生的稳定额外载流子密度p??n?gp??1022?10?6?1016 cm－3取?n?1350cm2/(v?s)，?p?500cm/(v?s)，则额外载流子对电导率的贡献2pq(?n??p)?1016?1.6?10?19?(1350?500)?2.96 s/cm无光照时?0?10.1s/cm，因而光照下的电导率02.96?0.1?3.06s/cm相应的电阻率 ??110.33??cm 3.06少数载流子对电导的贡献为：?p?pq?p??pq?p?gp?q?p代入数据：?p?(p0??p)q?p??pq?p?1016?1.6?10?19?500?0.8s/cm∴p?00.80.26?26﹪ 3.06即光电导中少数载流子的贡献为26﹪4.一块半导体样品的额外载流子寿命? =10?s，今用光照在其中产生非平衡载流子，问光照突然停止后的20?s时刻其额外载流子密度衰减到原来的百分之几？解：已知光照停止后额外载流子密度的衰减规律为p(t)??p0e?因此光照停止后任意时刻额外载流子密度与光照停止时的初始密度之比即为t??p(t)e? ?p0t当t?20?s?2?10?5s时20??p(20)e10?e?2?0.135?13.5﹪ ?p05. 光照在掺杂浓度为1016cm-3的n型硅中产生的额外载流子密度为?n=?p= 1016cm-3。
半导体物理与器件半导体物理与器件是研究半导体材料和器件特性的学科领域，这是电子科学与工程的重要分支之一。
在现代科技的发展过程中，半导体物理与器件起到了至关重要的作用，推动了信息技术、通信技术、能源技术等领域的发展与创新。
一、半导体物理的基本概念半导体是介于导体和绝缘体之间的一种材料。
这类材料的导电性能介于金属和非金属之间，可以通过控制掺杂来调节其电导率。
半导体物理主要研究半导体的物理性质及其在器件中的应用。
1.1 半导体的晶体结构半导体通常采用晶格结构，其中最常见的是硅(Si)和锗(Ge)。
晶格结构决定了半导体的物理特性和电学性能。
1.2 半导体的能带结构能带结构是描述半导体的重要概念，半导体中的能带分为价带和导带。
当半导体被采取适当的掺杂和加压等方法后，会出现禁带宽度，电子能够充满价带或从导带跃迁到价带，形成导电能力。
1.3 半导体的载流子半导体中的载流子是指带电粒子，有正负两种。
在掺杂过程中，掺杂原子注入到半导体晶格中，会引入自由电子或空穴，从而影响半导体的导电性能。
二、半导体器件的应用半导体物理的研究成果被广泛应用于各种半导体器件中，这些器件在现代社会中扮演着重要的角色。
2.1 二极管二极管是最简单的半导体器件之一，具有单向导电特性。
它由正负两种半导体材料构成，在正向偏置时导通，在反向偏置时截止。
二极管广泛应用于电源、通信等领域。
2.2 三极管三极管是一种具有放大作用的半导体器件。
它由三个半导体区域组成，包括基极、发射极和集电极。
通过对基极电流的控制，可以实现对集电极电流的放大，被广泛应用于电子设备中。
2.3 场效应晶体管场效应晶体管（FET）是一种控制电流的半导体器件，具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点。
它可作为电压控制器件，广泛应用于放大、开关、模拟和数字电路等领域。
2.4 光电二极管光电二极管是将光信号转换为电信号的设备。
通过光敏材料和PN结的结合，光电二极管可以检测和转换光信号，被广泛应用于通信、光学传感器、光通信等领域。
半导体物理与器件专业半导体物理与器件专业是电子信息科学与技术领域的重要学科之一，主要研究半导体材料的物理特性以及基于半导体材料制造的各种器件的原理和应用。
本文将从半导体物理和半导体器件两个方面进行介绍。
一、半导体物理半导体物理是半导体器件研究的基础，主要研究半导体材料的电子结构、能带理论、载流子行为等方面的物理现象。
其中，半导体材料的电子结构是研究的核心内容之一。
半导体材料的电子结构决定了其导电性质。
通过研究半导体材料的能带结构，可以了解其导电机制和电子行为。
此外，载流子行为也是半导体物理研究的重要内容之一。
载流子包括电子和空穴，其在半导体材料中的运动行为决定了半导体器件的性能。
因此，研究半导体材料中载流子的输运、复合、注入等现象对于半导体器件的设计和制造具有重要意义。
二、半导体器件半导体器件是利用半导体材料制造的各种电子器件，包括二极管、晶体管、场效应晶体管、光电二极管等。
半导体器件由于具有可控性强、体积小、功耗低等优点，在电子技术领域得到了广泛应用。
其中，二极管是最简单的半导体器件之一，它由P型和N型半导体材料组成。
通过在PN结上加正向或反向电压，可以实现电流的导通或截止。
晶体管是一种能够放大电信号的器件，它由三层P-N结构组成，通过控制输入信号的电流，可以控制输出信号的放大倍数。
场效应晶体管是一种控制电流的器件，它通过控制栅极电压来控制漏极电流。
光电二极管则可以将光信号转换为电信号，广泛应用于光通信和光电转换领域。
半导体物理与器件专业的学习内容主要包括半导体物理基础、半导体器件设计与制造技术、半导体器件测试与分析方法等方面。
学生需要掌握半导体材料的物理特性、器件的工作原理和制造工艺等知识。
此外，还需要具备实验能力，能够利用实验手段对半导体材料和器件进行性能测试和分析。
半导体物理与器件专业毕业生可以在电子、通信、计算机等领域从事半导体器件的研发、制造和应用工作。
随着信息技术的快速发展，半导体器件在各个领域的应用越来越广泛，对于半导体物理与器件专业的需求也越来越大。
半导体物理与器件课程总结吕游微电子与固体电子学201212171909 2012-2013学年第二学期，在尊敬的李常青老师的指导下学习了《半导体物理与器件》这门课程，我们按照章节划分，有侧重点的进行了个人重点学习并且在课堂上进行讲解演示，可谓受益匪浅。
在以下的部分我将对这学期的课程学习做出总结。
首先，在第一部分，我针对《半导体物理与器件》课程做一个总体的概述，谈谈学习完本书后我的个人所得与感想。
《半导体物理与器件》一书是一本有关半导体物理器件理论的入门书籍，它不但包含了诸多半导体器件的特性、工作原理以及局限性的理论基础知识，还附带了很多图示和生动的例子，对于一个半导体初学者来说大有帮助。
本书从基础物理讲起，而后转至半导体材料物理，最后讨论半导体器件物理。
第1章先从固体的晶体结构开始，然后过渡到理想单晶体材料。
第2章和第3章介绍了量子力学和固体物理，这些都是必须掌握的基础物理知识。
第4章到第6章覆盖了半导体材料物理知识。
其中，第4章讨论了热平衡半导体物理；第5章讨论了半导体内部的载流子输运现象；第6章主要介绍非平衡过剩载流子。
理解半导体的过剩载流子行为对于理解器件物理是至关重要的。
第7章到第13章对基本半导体器件物理进行了详细的描述。
第7章主要讨论pn结电子学；第8章讨论pn结电流-电压特性；第9章讨论整流及非整流金属半导体结和半导体异质结；第10章探讨双极型晶体管。
第11章、第12章阐述了MOS场效应管理论；第13章则阐述了结型场效应管。
以上便是这本书的简要内容，这些章节之间既有联系又是相互独立的。
从这一部分开始，我将对本人重点学习的章节-第11章MOS场效应晶体管基础-做一个详细的讲解。
这一章中，我所重点研究的内容是前两节，金属-氧化物-半导体场效应管的物理基础，这部分内容与前面的知识关联不太大，只依赖与半导体材料的性质和pn结的特性。
所以，即使你是以前并没有接触过半导体知识的初学者，只要用心学习，也是不难理解的。
MOSFET是金属-氧化物-半导体场效应晶体管的简称。
我们知道，MOSFET是当今集成电路设计的核心，可见学习MOSFET的重要性。
其中，MOSFET的核心部分是一个称为MOS电容的金属-氧化物-半导体的结构。
在本章中，我们首先阐述各种类型的MOSFET，并定性的讨论其电流-电压特性；然后将详细分析这种特性的理论来源以及数学推导过程；此外还将讨论MOSFET的频率特性。
11.1MOS电容MOS结构的物理性质可以借助比较容易理解的平行板电容器加以说明。
下图是MOS电容的结构。
其中d是氧化层的厚度，金属栅极的材料是Al，氧化层的材料是二氧化硅，衬底是晶体硅。
通常情况下，Si基板接地，对于p型衬底的MOS管，当金属栅极加上正电压时，称为正偏；而金属栅极加上负电压时称为反偏。
当上面的金属栅被施加一个负电压，负电荷出现在上面的金属板上，半导体内产生一个电场，多为多子的空穴被推向半导体-氧化物表面，形成空穴堆积层。
如果施加的极间电压正向，则正电荷出现在金属表面，从而在其方向上产生一个电场，作为多子的空穴会被推离氧化物-半导体表面，于是被离化了的受主原子在表面形成负的电荷区。
其电荷分布情况如下图所示：理想二极管的能带图正常情况下，即不加外电压时，理想MOS 二极管的能带图是一条直线。
当加上外删压时，能带发生弯曲，根据所加电压方向与大小的不同可分为三种情况：积累、耗尽、反型。
1、积累。
对于P 型半导体，金属加负电压，即反偏，二氧化硅与硅晶体表面产生超量空穴，半导体能带向上弯曲。
2、耗尽。
当金属栅极加正向电压且较小时，半导体表面的能带向下弯曲；当E F =E fi ,表面的多子耗尽；半导体中单位面积的电荷Q sc =QN A W,W=表面耗尽层宽度。
正偏压继续增大，能带继续向下弯曲，当表面处的E F -E fi 关系为：exp(F i p i E E n n kT−=3、反型。
如下图所示：当E F -E fi 大于0时，半导体表面的电子浓度大于Ni,而空穴浓度则小于Ni ，即表面电子数大于空穴，表面载流子呈现反型特性。
耗尽层厚度我们在前面已经讨论了加上外置电压，半导体内部呈现的3种状态。
这里我们通过计算求出氧化物-半导体界面处空间电荷区的宽度。
下图所示为MOS 电容在外加正向偏压时，表面处P 型半导体的能带图。
若设衬底的静电势为0，则半导体的表面势ψ=ψs(半导体内部与表面的势垒高度)。
由图可知，Ψfp =(E f -E fi )/q;我们知道，电势Ψ是距离x 的函数，由一维波松方程：22()d dE x dx dx ϕρε=−=−积分可以得到表面耗尽区的电势分布：2(1s x Wψψ=−当ψs=ψfp时，表面处E f=E fi,表面开始反型；当表面电子浓度n p=N A(衬底掺杂浓度)时，由衬底掺杂浓度的公式可知，当ψs=2ψfp的条件为阈值反型点；这个时候耗尽区的宽度达到最大，最大宽度为x dt。
功函数差前面我们已经讨论了半导体材料的能带图。
这里，金属、二氧化硅以及硅在真空条件下，我们选择氧化物作为参考而非真空。
所以定义φm’为修正金属功函数（金属向氧化物导体注入一个电子所需的最小势能），同样地，χ’为修正电子亲和力。
由于功函数的作用，达到热平衡时，费米能级为常数，为了保持真空能级的连续性，在表面处的半导体能级向下弯曲。
所以，热平衡时，半导体的表面处产生负电荷，而金属表面为正电荷。
下图是处于热平衡条件下的MOS能带图：通过计算，最终我们得到金属-半导体的功函数差为：φms=Vox0+φs0=-[φm’-(χ’+Eg/(2e)+φfp)]。
平带电压平带电压定义为使半导体内部没有能带弯曲的情况下所加的电压，此时的静空间电荷为零。
在之前的讨论中，我们隐含假定在氧化物中不存在静电荷，即电荷密度为零，实际中在MOS二极管内部和界面处受到陷阱电荷的影响，我们在计算平带电压的时候不可忽略这一部分因素的影响。
由于氧化物中的净固定电荷在位置上非常靠近氧化物-半导体表面，在对MOS 结构进行分析时我们把氧化物内部及界面处的所有陷阱电荷等效为位于氧化物界面处的等价陷阱电荷Q ss ’。
加删压V G ,氧化层的电势差和半导体的表面势发生变化：V G =△V ox +△Φs =（V ox -V ox0）+（φs -φso ）=V ox +φs +φms为了达到平带状况，需要在金属上加上负电压，负电压增加时，金属获得更多的负电荷，电场向下偏移，直到半导体电场为零。
这个时侯半导体表面的净电荷也为零。
Q ’m +Q ’ss =0设单位面积删氧化层电容为C ox 则V ox =-Q ’ss /C ox平带时，表面势为零，可得：V G =V FB =φms –Q ’ss /C ox阈值电压阈值电压定义为达到阈值反型点时所需的删压。
阈值反型点是，对于P 型器件当表面势ψs=2ψfp 时或者对N 型半导体当表面势ψs=2ψfn 时器件的状态。
当加正偏压达到反型点时，我们根据电荷守恒可得：Q ’mT +Q ’ss =-Q ’SD(max)加删压能够改变穿过氧化层的电压，从而改变表面势。
V G =△V ox +△Φs =（V ox -V ox0）+（φs -φso ）=V ox +φs +φms 。
在阈值点，我们定义阈值电压为V TN ，V TN =V oxT +ψms +2ψfp ,其中V oxT 是阈值反型点时删氧化层的电压。
电压VoxT 与金属上电荷和栅氧化层电容的关系为：V oxT =Q ’mT /C ox ,其中C ox 为单位面积栅氧化层电容。
由上面两式，我们可以得到：()(max)1'/''oxT mT ox SD ss ox V Q C Q Q C ==−利用平带电压的公式，最后可求得(max)'2SD T FB fp ox Q V V C φ=++11.2MOS 的电容-电压特性MOS 电容结构是MOSFET 的核心。
MOS 器件和栅氧化层-半导体界面处的大量信息，可以从器件的电容-电压特性，即C-V 曲线中得到。
器件的电容定义为：C=dQ/dV ，其中dQ 为板上电荷的微分变量，它是穿过电容的电压dV 的微分变量的函数。
首先，我们讨论MOS 电容的理想C-V 特性。
MOS 电容有三种工作状态：堆积、耗尽、反型。
当MOS 电容处于堆积状态时，氧化层-半导体界面处产生空穴堆积层。
一个小的电压微分将导致金属栅和空穴堆积电荷的微分变量发生变化，这种电荷密度的微分改变发生在栅氧化层边缘，就像平行板电容器那样。
堆积模式时MOS 电容器的单位面积C ’就是栅氧化层电容，即()'oxacc ox oxC C t ε==当施加微小正偏压时，MOS 电容的半导体表面产生空间电荷区。
栅氧化层的电容与耗尽层电容是串联的。
电压的微小改变将导致空间电荷区宽度的微分改变以及电荷密度的微分改变。
串联总电容为111'()'ox SDC depl C C =+,总的电容C ’(depl)随着空间电荷宽度的增大而减小。
在阈值反型点，耗尽层达到最大且反型层电荷密度为零。
此时得到的最小电容m in '()o x o x o x d t sC t x εεε=+,M OS 电容的微小变化将引起强反型层电荷密度的变化（耗尽层宽度基本不变），若反型层的电荷能跟得上电容电压的变化，则总的电容就是栅氧化层电容'()oxox oxC inv C t ε==下图是理想电容和栅极的函数曲线图，即P 型衬底MOS 电容的C-V 特性。
图中的三条虚线分别对应三个分量：C ox ,C ’SD 和C ’min 。
实线为理想MOS 电容的净电容。
频率特性前面我们已经讨论了在理想情况下电容电压的微小变化能够引起反型层电荷密度的变化。
但是，实际中，我们必须考虑导致反型层电子密度变化的来源。
电子的来源由两部分构成：1、来自通过空间电荷区的P 型衬底中的少子的扩散。
2、在空间电荷区中由热运动形成的电子-空穴对。
高频时，由于反型层电荷不会响应电容电压的微小变化，只有金属和空间电荷区内电荷变化。
所以高频时，MOS 电容器的电容就是C ’min 。
当测量频率足够低时，使表面耗尽区内的产生-复合率与电压变化率相当或者更快时，电子浓度（少子）与反型层中的电荷可以跟随交流信号的变化而变化。
因此导致强反型层时的电容只有氧化层的电容C o 。
下图为不同频率时测得的MOS 的C-V 曲线。
氧化层电荷与界面电荷效应在平带电压部分已经讨论过相关电荷—统一称为陷阱电荷。
当存在氧化层电荷时（不考虑界面电荷），平带电压可以表示为：'s s F B m s o xQ V C φ=−，Q ’ss ：固定氧化层电荷；由于Q’ss不是栅压的函数，不同的栅氧化层电荷将表现为C-V曲线的平移。
