第 一 章 半导体器件基本方程
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考试科目832微电子器件考试形式笔试(闭卷)考试时间180分钟考试总分150分一、总体要求主要考察学生掌握“微电子器件”的基本知识、基本理论的情况,以及用这些基本知识和基本理论分析问题和解决问题的能力。
二、内容1.半导体器件基本方程1)半导体器件基本方程的物理意义2)一维形式的半导体器件基本方程3)基本方程的主要简化形式2.PN结1)突变结与线性缓变结的定义2)PN结空间电荷区的形成4)耗尽区宽度、内建电场与内建电势的计算5)正向及反向电压下PN结中的载流子运动情况6)PN结的能带图7)PN结的少子分布图8) PN结的直流伏安特性9)PN结反向饱和电流的计算及影响因素10)薄基区二极管的特点11)大注入效应12)PN结雪崩击穿的机理、雪崩击穿电压的计算及影响因素、齐纳击穿的机理及特点、热击穿的机理13)PN结势垒电容与扩散电容的定义、计算与特点14)PN结的交流小信号参数与等效电路15)PN结的开关特性与少子存储效应2)基区输运系数与发射结注入效率的定义及计算3)共基极与共发射极直流电流放大系数的定义及计算4)基区渡越时间的概念及计算5)缓变基区晶体管的特点6)小电流时电流放大系数的下降7)发射区重掺杂效应8)晶体管的直流电流电压方程、晶体管的直流输出特性曲线图9)基区宽度调变效应10)晶体管各种反向电流的定义与测量11)晶体管各种击穿电压的定义与测量、基区穿通效应12)方块电阻的概念及计算13)晶体管的小信号参数14)晶体管的电流放大系数与频率的关系、组成晶体管信号延迟时间的四个主要时间常数、高频晶体管特征频率的定义、计算与测量、影响特征频率的主要因素15)高频晶体管最大功率增益与最高振荡频率的定义与计算,影响功率增益的主要因素4.绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)1)MOSFET的类型与基本结构2)MOSFET的工作原理3)MOSFET阈电压的定义、计算与测量、影响阈电压的各种因素、阈电压的衬底偏置效应4)MOSFET在非饱和区的简化的直流电流电压方程5)MOSFET的饱和漏源电压与饱和漏极电流的定义与计算6)MOSFET的直流输出特性曲线图7)MOSFET的有效沟道长度调制效应8)MOSFET的直流参数及其温度特性9)MOSFET的各种击穿电压10)MOSFET的小信号参数11)MOSFET跨导的定义与计算、影响跨导的各种因素12)MOSFET的高频等效电路及其频率特性13)MOSFET的主要寄生参数14)MOSFET的最高工作频率的定义与计算、影响最高工作频率的主要因素15)MOSFET的短沟道效应以及克服短沟道效应的措施。
半导体物理考点归纳第一章 半导体中的电子状态一.名词解释1.电子的共有化运动:(P10)原子组成晶体后,由于电子壳的交叠,电子不再局限于某一个原子上,可以由一个原子转移到相邻的原子上去。
因而,电子可以在整个晶体中运动。
这种运动称为电子的共有化运动。
2.单电子近似:(P11)单电子近似方法认为,晶体中德电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场,以及其他大量电子的平均势场中运动,这个势场是周期性变化的,且其周期与晶格周期相同。
3.有效质量:(P19)有效质量2*22n h m d Edk =,它直接把外力f 和电子的加速度联系起来,而内部势场的作用则由有效质量加以概括。
二.判断题1.金刚石和闪锌矿结构的结晶学原胞都是双原子复式格子,而纤锌矿结构与闪锌矿结构型类似,以立方对称的正四面体结构为基础。
(X )金刚石型结构为单原子复式格子,纤锌矿型是六方对称的。
2.硅晶体属于金刚石结构。
(√)3.Ge 的晶格是单式格子。
(X ) (复式)4.有效质量都是正的。
(X ) (有正有负)5.能带越窄,有效质量越小。
(X )(2*22n h m d Edk =,能带越窄,二次微商越小,有效质量越大) 6.硅锗都是直接带隙半导体。
(X ) (间接)7.Ge 和Si 的价带极大值均位于布里渊区的中心,价带中空穴主要分布在极大值附近,对应同一个k 值,()E k 可以有两个值。
8.实际晶体的每个能带都同孤立原子的某个能级相当,实际晶体的能带完全对应于孤立原子的能带。
(X ) (不相当,不完全对应)三.填空题1.晶格可以分为7大晶系,14种布拉菲格子,按照每个格子所包含的各点数,可分为原始格子,体心,面心,底心。
2.如今热门的发光材料LED 是直接带隙半导体,该种材料的能带结构特点是当k=0时的能谷的极值小。
3.Ge 、Si 是间接带隙半导体,InSb 、GaAs 是直接带隙半导体。
4.回旋共振实验中能测出明显的共振吸收峰,就要求样品纯度高,而且要在低温下进行。
半导体物理与器件公式以及参数KT=0.0259ev N c=2.8∗1019N v=1.04∗1019 SI材料的禁带宽度为:1.12ev. 硅材料的n i=1.5∗1010Ge材料的n i=2.4∗1013 GaAs材料的n i=1.8∗106介电弛豫时间函数:瞬间给半导体某一表面增加某种载流子,最终达,最终通过证到电中性的时间,ρ(t)=ρ(0)e−(t/τd),其中τd=ϵσ明这个时间与普通载流子的寿命时间相比十分的短暂,由此就可以证明准电中性的条件。
E F热平衡状态下半导体的费米能级,E Fi本征半导体的费米能级,重新定义的E Fn是存在过剩载流子时的准费米能级。
准费米能级:半导体中存在过剩载流子,则半导体就不会处于热平衡状态,费米能级就会发生变化,定义准费米能级。
n0+∆n=n i exp(E Fn−E Fi) p0+∆p=kT]n i exp[−(E Fp−E Fi)kT用这两组公式求解问题。
通过计算可知,电子的准费米能级高于E Fi,空穴的准费米能级低于E Fi,对于多子来讲,由于载流子浓度变化不大,所以准费米能级基本靠近热平衡态下的费米能级,但是对于少子来讲,少子浓度发生了很大的变化,所以费米能级有相对比较大的变化,由于注入过剩载流子,所以导致各自的准费米能级都靠近各自的价带。
过剩载流子的寿命:半导体材料:半导体材料多是单晶材料,单晶材料的电学特性不仅和化学组成相关而且还与原子排列有关系。
半导体基本分为两类,元素半导体材料和化合物半导体材料。
GaAs主要用于光学器件或者是高速器件。
固体的类型:无定型(个别原子或分子尺度内有序)、单晶(许多原子或分子的尺度上有序)、多晶(整个范围内都有很好的周期性),单晶的区域成为晶粒,晶界将各个晶粒分开,并且晶界会导致半导体材料的电学特性衰退。
空间晶格:晶格是指晶体中这种原子的周期性排列,晶胞就是可以复制出整个晶体的一小部分晶体,晶胞的结构可能会有很多种。
微 电 子 器 件钟智勇办公室:<微电子楼>217室 电话:83201440 E-mail: zzy@ 答疑时间:周三晚上8:00-10:00绪 论1、课程介绍 2、半导体器件的发展简史 3、半导体器件的基本构件 4、半导体器件中的基本关系与方程一、课程介绍• 课程内容 • 为什么学习本课程 • 怎样学习本课程 • 课程的有关安排1、课程内容1.1、微电子器件与半导体器件的关系微电子器件微电子器件(Microelectronic Devices)主要是指 能在芯片上实现的电阻、电容、电感、半导体器 件等电子器件。
另一种说法是,微电子器件是指 芯片中的线宽在微米量级的器件,更小的称作纳 米电子器件。
半导体器件半导体器件(Semiconductor Device)指是利用半 导体材料(单晶)制备的具有特定功能的电子器 件。
1.2、半导体器件研究内容¾ 研究半导体器件中载流子(电子或空穴)的运动规律 ¾ 研究半导体器件中载流子运动行为的控制方法 ¾ 进而研究器件性能与器件结构以及材料特性间的关系 9 迄今大约有60种主要的半导 体器件以及100种和主要器件 相关的变异器件1.3、本课程的学习内容 1. pn结 2. 双极性晶体管(BJT) 3. MOS晶体管 建议阅读与深入学习内容 4.异质结微电子器件 5.有机微电子器件学习三种典型器件的 基本工作原理、结构 与电特性(交直流特 性等)的关系,为进 一步学习打下坚实的 理论基础。
6. 新器件(纳米-自旋电子器件)2、为什么学习本课程2.1 从课程体系看• 本课程是“电子科学与技术(微电 子技术)”与“集成电路设计与集 成系统”专业的一门专业主干课。
是从事微电子、集成电路等研究 、开发的专业基础课程之一IC的基础 数字集成电路的建库等 模拟集成电路、射频集成电路设计 近代集成电路设计和制造的重要理论基础9 9 9 92.2 从产业发展看电子产业的核心是集成电路,而半 导体器件是集成电路的基础电子工业是主导产业设 计 需求制 造封装测试 应用3、本课程的学习方法难 公式多 物理机理多1. 2. 3.理解推导思路 尽可能地亲自 推导相关公式 注意各公式的 使用条件 1. 结合物理机 理,理解与掌 握公式中各参 数之间关系 相关知识的灵 活应用1. 2.复习半导体物 理知识 多看、多思, 准确把握基本 物理概念及机 理2.4、本课程的讲述思路本课程目的: 三种器件的基本结构,工作原理,主要特性外电场作用下载流子在器件内的运动规律定性分析(掌握物理机理)定量分析(掌握器件性能与相关参数关系)掌握研究与 分析微电子 器件特性的 基本方法4、课程的相关安排与要求4.1、教材与参考书教材:微电子器件(第3版),陈星弼,张庆中,2011年参考书:1.半导体器件基础,B.L.Anderson, R.L.Anderson, 清华大学出版社,2008年2.半导体器件基础,Robert F. Pierret, 电子工业出版社,2004年3.集成电路器件电子学(第三版),Richard S. Muller,电子工业出版社,2004年4.半导体器件物理与工艺(第二版),施敏,苏州大学出版社,2002年5.半导体物理与器件(第三版),Donald A. Neamen, 清华大学出版社,2003年6. Physics of Semiconductor Devices( 3th Edition), S M Sze, Wiley-Interscience, 20072 晶体管的发明•1946年1月,Bell实验室正式成立半导体研究小组, W.Schokley,J. Bardeen、W. H. Brattain。
科目:模拟电子技术题型:填空题章节:第一章常用半导体器件难度:全部-----------------------------------------------------------------------1. 为了使晶体管能有效地起放大作用,其管芯结构总是使:(1)发射区掺杂浓度;(2)集电结面积比发射结面积。
2. 在室温下,某三极管的ICBO=8µA, =70,穿透电流为 mA 。
另一支三极管的电流值:IB = 20 A时IC = 1.18mA、IB = 80 A时IC = 4.72mA,该管的 = 。
3. PN 结中其扩散电流的方向是 ; 漂移电流的方向是。
4. 在一实际电路中,测得三极管三个管脚的对地电位分别是: V A= -10V,V B= - 5V,V C = -5.7V,则A脚为极,B脚为极,C脚为极;该管是型。
5. 调整某放大电路中两只三极管(A和B管)各电极对地的电位为: V A1= 7V V A2= 1.8V V A3= 2.5V; V B1=7V V B2= 2.8V V B3= 7.2V。
则A管为型管; B管为型。
6. PN结的基本特性是。
7. 使用稳压二极管时,其负极端应接。
8. 在共射极接法时,三极管的交流电流放大倍数β= 。
9. 某3B X型晶体管各极电位分别是V E= 6V,V B= 6.3V,V C= 6.6V则该管处于状态。
10. 有A、B两个三极管,A管的β=100,I CEO=200μA;B管的β=50,I CEO=10μA。
在放大电路中,管工作的较稳定可靠。
科目:模拟电子技术题型:选择题章节:第一章常用半导体器件难度:全部-----------------------------------------------------------------------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。
第一章、半导体器件(附答案)一、选择题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 。
B. C.3.稳压管的稳压是其工作在 ________A. 正向导通B. 反向截止C. 反向击穿区4.V U GS 0=时,能够工作在恒流区的场效应管有 ________A. 结型场效应管B. 增强型 MOS 管 C 。
耗尽型 MOS 管5.对PN 结增加反向电压时,参与导电的是 ________A 。
多数载流子 B. 少数载流子 C. 既有多数载流子又有少数载流子6.当温度增加时,本征半导体中的自由电子和空穴的数量 _____A. 增加B. 减少 C 。
不变7.用万用表的 R × 100 Ω档和 R × 1K Ω档分别测量一个正常二极管的正向电阻,两次测量结果 ______A. 相同B. 第一次测量植比第二次大 C 。
第一次测量植比第二次小8.面接触型二极管适用于 ____A. 高频检波电路B. 工频整流电路9.下列型号的二极管中可用于检波电路的锗二极管是: ____A. 2CZ11B. 2CP10 C 。
2CW11 D.2AP610.当温度为20℃时测得某二极管的在路电压为V U D 7.0=.若其他参数不变,当温度上升到40℃,则D U 的大小将 ____A. 等于 0。
7V B 。
大于 0。
7V C 。
小于 0。
7V11.当两个稳压值不同的稳压二极管用不同的方式串联起来,可组成的稳压值有 _____ A 。
两种 B. 三种 C 。
四种12.在图中,稳压管1W V 和2W V 的稳压值分别为6V 和7V ,且工作在稳压状态,由此可知输出电压O U 为 _____A. 6VB. 7VC. 0V D 。
1V13.将一只稳压管和一只普通二极管串联后,可得到的稳压值是( )A 。