第1章双极型半导体器件

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。

模拟电子技术试题汇编成都理工大学工程技术学院电子技术基础教研室2010-9第一章 半导体器件一、填空题1、本征硅中若掺入5价元素的原子，则多数载流子应是 电子 ，少数载流子应是 空穴 。

2、 在N 型半导体中，电子浓度 大于 空穴浓度，而在P 型半导体中，电子浓度 小于 空穴浓度。

3、PN 结反向偏置时，空间电荷区将变 宽 。

4、双极型三极管输出特性的三个区域分别是_____饱和_____区、______放大___区、__截止________区。

5、场效应管分为两大类：一类称为_结型场效应管___________，另一类称为__ 绝缘栅场效应管_______。

6、PN 结外加反向电压，即电源的正极接N 区，电源的负极接P 区,这种接法称为___反向接法_______或_反向偏置_________。

7、半导体二极管的基本特性是 单向导电性 ____，在电路中可以起___整流____和___检波____等作用。

8、双极型半导体三极管按结构可分为__NPN_____型和__PNP_____型两种，它们的符号分别为_______和________。

9、PN 结中进行着两种载流子的运动：多数载流子的 扩散 运动和少数载流子的___漂移_____运动。

10、硅二极管的死区电压约为，锗二极管的死区电压约为。

11、晶体管穿透电流CEO I 是反向饱和电流CBO I 的___1+β_______倍，在选用晶体管的时候，一般希望CBO I 尽量___小_______。

12、场效应管实现放大作用的重要参数是___跨导_mg ______。

13、PN 结具有__单向导电_______特性。

14、双极型三极管有两个PN 结，分别是___集电结____和_发射结______。

15、为了保证三极管工作在放大区，应使发射结_____正向________偏置，集电路______反向_______偏置。

16、场效应管是____电压______控制型元件，而双极型三极管是____电流_______控制型元件。

《半导体集成电路》考试题⽬及参考答案第⼀部分考试试题第0章绪论1.什么叫半导体集成电路？？2.按照半导体集成电路的集成度来分,分为哪些类型,请同时写出它们对应的英⽂缩写？？3.按照器件类型分,半导体集成电路分为哪⼏类？？4.按电路功能或信号类型分,半导体集成电路分为哪⼏类？？5.什么是特征尺⼨？？它对集成电路⼯艺有何影响？？6.名词解释：集成度,wafersize,diesize,摩尔定律？？第1章集成电路的基本制造⼯艺1.四层三结的结构的双极型晶体管中隐埋层的作⽤？？2.在制作晶体管的时候,衬底材料电阻率的选取对器件有何影响？？.3.简单叙述⼀下pn结隔离的NPN晶体管的光刻步骤？？4.简述硅栅p阱CMOS的光刻步骤？？5.以p阱CMOS⼯艺为基础的BiCMOS的有哪些不⾜？？6.以N阱CMOS⼯艺为基础的BiCMOS的有哪些优缺点？？并请提出改进⽅法.7.请画出NPN晶体管的版图,并且标注各层掺杂区域类型.8.请画出CMOS反相器的版图,并标注各层掺杂类型和输⼊输出端⼦.第2章集成电路中的晶体管及其寄⽣效应1.简述集成双极晶体管的有源寄⽣效应在其各⼯作区能否忽略？？.2. 什么是集成双极晶体管的⽆源寄⽣效应？？3.什么是MOS晶体管的有源寄⽣效应？？4.什么是MOS晶体管的闩锁效应,其对晶体管有什么影响?5.消除“Latch-up”效应的⽅法？？6.如何解决MOS器件的场区寄⽣MOSFET效应？？7.如何解决MOS器件中的寄⽣双极晶体管效应？？第3章集成电路中的⽆源元件1.双极性集成电路中最常⽤的电阻器和MOS集成电路中常⽤的电阻都有哪些？？2.集成电路中常⽤的电容有哪些.3.为什么基区薄层电阻需要修正.4.为什么新的⼯艺中要⽤铜布线取代铝布线.5.运⽤基区扩散电阻,设计⼀个⽅块电阻200欧,阻值为1K的电阻,已知耗散功率为20W/c㎡,该电阻上的压降为5V,设计此电阻.第4章TTL电路1.名词解释电压传输特性开门/关门电平逻辑摆幅过渡区宽度输⼊短路电流输⼊漏电流静态功耗瞬态延迟时间瞬态存储时间瞬态上升时间瞬态下降时间瞬时导通时间2.分析四管标准TTL与⾮门（稳态时）各管的⼯作状态？？3.在四管标准与⾮门中,那个管⼦会对瞬态特性影响最⼤,并分析原因以及带来那些困难.4.两管与⾮门有哪些缺点,四管及五管与⾮门的结构相对于两管与⾮门在那些地⽅做了改善,并分析改善部分是如何⼯作的.四管和五管与⾮门对静态和动态有那些⽅⾯的改进.5.相对于五管与⾮门六管与⾮门的结构在那些部分作了改善,分析改进部分是如何⼯作的.6.画出四管和六管单元与⾮门传输特性曲线.并说明为什么有源泄放回路改善了传输特性的矩形性.7.四管与⾮门中,如果⾼电平过低,低电平过⾼,分析其原因,如与改善⽅法,请说出你的想法. 8.为什么TTL 与⾮门不能直接并联？？9.OC 门在结构上作了什么改进,它为什么不会出现TTL 与⾮门并联的问题.第5章MOS 反相器1.请给出NMOS 晶体管的阈值电压公式,并解释各项的物理含义及其对阈值⼤⼩的影响（即各项在不同情况下是提⾼阈值还是降低阈值）.2.什么是器件的亚阈值特性,对器件有什么影响？？3.MOS 晶体管的短沟道效应是指什么,其对晶体管有什么影响？？4.请以PMOS 晶体管为例解释什么是衬偏效应,并解释其对PMOS 晶体管阈值电压和漏源电流的影响.5.什么是沟道长度调制效应,对器件有什么影响？？6.为什么MOS 晶体管会存在饱和区和⾮饱和区之分（不考虑沟道调制效应）？？7.请画出晶体管的D DS I V 特性曲线,指出饱和区和⾮饱和区的⼯作条件及各⾃的电流⽅程（忽略沟道长度调制效应和短沟道效应）.8.给出E/R 反相器的电路结构,分析其⼯作原理及传输特性,并计算VTC 曲线上的临界电压值.9.考虑下⾯的反相器设计问题：给定V DD =5V ,K N `=30uA/V 2,V T0=1V设计⼀个V OL =0.2V 的电阻负载反相器电路,并确定满⾜V OL 条件时的晶体管的宽长⽐(W/L)和负载电阻R L 的阻值.10.考虑⼀个电阻负载反相器电路：V DD =5V ,K N `=20uA/V 2,V T0=0.8V ,R L =200K Ω,W/L=2.计算VTC 曲线上的临界电压值（V OL ,V OH ,V IL ,V IH ）及电路的噪声容限,并评价该直流反相器的设计质量.11.设计⼀个V OL =0.6V 的电阻负载反相器,增强型驱动晶体管V T0=1V ,V DD =5V 1）求V IL 和V IH 2）求噪声容限V NML 和V NMH12.采⽤MOSFET 作为nMOS 反相器的负载器件有哪些优点？？ 13.增强型负载nMOS 反相器有哪两种电路结构？？简述其优缺点.14.以饱和增强型负载反相器为例分析E/E 反相器的⼯作原理及传输特性.15试⽐较将nMOSE/E 反相器的负载管改为耗尽型nMOSFET 后,传输特性有哪些改善？？ 16.耗尽型负载nMOS 反相器相⽐于增强型负载nMOS 反相器有哪些好处？？17有⼀nMOSE/D 反相器,若V TE =2V ,V TD =-2V ,K NE /K ND =25,V DD =2V ,求此反相器的⾼,低输出逻辑电平是多少？？18.什么是CMOS 电路？？简述CMOS 反相器的⼯作原理及特点. 19.根据CMOS 反相器的传输特性曲线计算V IL 和V IH . 20.求解CMOS 反相器的逻辑阈值,并说明它与哪些因素有关？？ 21.为什么的PMOS 尺⼨通常⽐NMOS 的尺⼨⼤？？22．考虑⼀个具有如下参数的CMOS反相器电路：V DD=3.3VV TN=0.6VV TP=-0.7V K N=200uA/V2K p=80uA/V2计算电路的噪声容限.23.采⽤0.35um⼯艺的CMOS反相器,相关参数如下：V DD=3.3VNMOS：V TN=0.6VµN C OX=60uA/V2(W/L)N=8PMOS：V TP=-0.7Vµp C OX=25uA/V2(W/L)P=12求电路的噪声容限及逻辑阈值.24．设计⼀个CMOS反相器,NMOS：V TN=0.6VµN C OX=60uA/V2PMOS：V TP=-0.7VµP C OX=25uA/V2电源电压为3.3V,L N=L P=0.8um1）求V M=1.4V时的W N/W P.2）此CMOS反相器制作⼯艺允许V TN,V TP的值在标称值有正负15%的变化,假定其他参数仍为标称值,求V M的上下限. 25．举例说明什么是有⽐反相器和⽆⽐反相器.26．以CMOS反相器为例,说明什么是静态功耗和动态功耗.27．在图中标注出上升时间t r,下降时间t f,导通延迟时间,截⽌延迟时间,给出延迟时间t pd的定义.若希望t r=t f,求W N/W P.第6章CMOS静态逻辑门1.画出F=A⊕B的CMOS组合逻辑门电路.2. ⽤CMOS组合逻辑实现全加器电路.3. 计算图⽰或⾮门的驱动能⼒.为保证最坏⼯作条件下,各逻辑门的驱动能⼒与标准反相器的特性相同,N管与P管的尺⼨应如何选取？？4. 画出F=AB+CD的CMOS组合逻辑门电路,并计算该复合逻辑门的驱动能⼒.5．简述CMOS静态逻辑门功耗的构成.6.降低电路的功耗有哪些⽅法？？7. ⽐较当FO=1时,下列两种8输⼊的AND门,那种组合逻辑速度更快？？第7章传输门逻辑⼀,填空1．写出传输门电路主要的三种类型和他们的缺点：（1）,缺点：；（2）,缺点：；（3）,缺点： .2．传输门逻辑电路的振幅会由于减⼩,信号的也较复杂,在多段接续时,⼀般要插⼊ .3.⼀般的说,传输门逻辑电路适合逻辑的电路.⽐如常⽤的和.⼆,解答题1．分析下⾯传输门电路的逻辑功能,并说明⽅块标明的MOS管的作⽤.2.根据下⾯的电路回答问题：分析电路,说明电路的B区域完成的是什么功能,设计该部分电路是为了解决NMOS传输门电路的什么问题？？3．假定反向器在理想的V DD/2时转换,忽略沟道长度调制和寄⽣效应,根据下⾯的传输门电路原理图回答问题.（1）电路的功能是什么？？（2）说明电路的静态功耗是否为零,并解释原因.4.分析⽐较下⾯2种电路结构,说明图1的⼯作原理,介绍它和图2所⽰电路的相同点和不同点.图1图25．根据下⾯的电路回答问题.已知电路B点的输⼊电压为2.5V,C点的输⼊电压为0V.当A点的输⼊电压如图a时,画出X 点和OUT点的波形,并以此说明NMOS和PMOS传输门的特点.A点的输⼊波形6．写出逻辑表达式C=A B的真值表,并根据真值表画出基于传输门的电路原理图.7.相同的电路结构,输⼊信号不同时,构成不同的逻辑功能.以下电路在不同的输⼊下可以完成不同的逻辑功能,写出它们的真值表,判断实现的逻辑功能.图1图28.分析下⾯的电路,根据真值表,判断电路实现的逻辑功能.第8章动态逻辑电路⼀,填空1．对于⼀般的动态逻辑电路,逻辑部分由输出低电平的⽹组成,输出信号与电源之间插⼊了栅控制极为时钟信号的,逻辑⽹与地之间插⼊了栅控制极为时钟信号的 .2.对于⼀个级联的多⽶诺逻辑电路,在评估阶段：对PDN⽹只允许有跳变,对PUN ⽹只允许有跳变,PDN与PDN相连或PUN与PUN相连时中间应接⼊ . ⼆,解答题1.分析电路,已知静态反向器的预充电时间,赋值时间和传输延迟都为T/2.说明当输⼊产⽣⼀个0->1转换时会发⽣什么问题?当1->0转换时会如何?如果这样,描述会发⽣什么并在电路的某处插⼊⼀个反向器修正这个问题.2.从逻辑功能,电路规模,速度3⽅⾯分析下⾯2电路的相同点和不同点.从⽽说明CMOS动态组合逻辑电路的特点.图A图B3.分析下⾯的电路,指出它完成的逻辑功能,说明它和⼀般动态组合逻辑电路的不同,说明其特点.4.分析下⾯的电路,指出它完成的逻辑功能,说明它和⼀般动态组合逻辑电路的不同,分析它的⼯作原理.5.简述动态组合逻辑电路中存在的常见的三种问题,以及他们产⽣的原因和解决的⽅法.6.分析下列电路的⼯作原理,画出输出端OUT的波形.7.结合下⾯电路,说明动态组合逻辑电路的⼯作原理.第9章触发器1. ⽤图说明如何给SR锁存器加时钟控制.2. ⽤图说明如何把SR锁存器连接成D锁存器,并且给出所画D锁存器的真值表3. 画出⽤与⾮门表⽰的SR触发器的MOS管级电路图4. 画出⽤或⾮门表⽰的SR触发器的MOS管级电路图5. 仔细观察下⾯RS触发器的版图,判断它是或⾮门实现还是与⾮门实现6. 仔细观察下⾯RS触发器的版图,判断它是或⾮门实现还是与⾮门实现7. 下图给出的是⼀个最简单的动态锁存器,判断它是否有阈值损失现象,若有,说明阈值损失的种类,给出两种解决⽅案并且阐述两种⽅案的优缺点,若没有,写出真值表.8. 下图给出的是⼀个最简单的动态锁存器,判断它是否有阈值损失现象,若有,说明阈值损失的种类,给出两种解决⽅案并且阐述两种⽅案的优缺点,若没有,写出真值表.9. 下图给出的是⼀个最简单的动态锁存器,判断它是否有阈值损失现象,若有,说明阈值损失的种类,给出两种解决⽅案并且阐述两种⽅案的优缺点,若没有,写出真值表.10. 解释下⾯的电路的⼯作过程画出真值表.（提⽰注意图中的两个反相器尺⼨是不同的）11. 解释下⾯的电路的⼯作过程画出真值表.12. 解释静态存储和动态存储的区别和优缺点⽐较.13. 阐述静态存储和动态存储的不同的的存储⽅法.14. 观察下⾯的图,说明这个存储单元的存储⽅式,存储的机理.15. 观察下⾯的图,说明这个存储单元的存储⽅式,存储的机理.16. 说明锁存器和触发器的区别并画图说明17. 说明电平灵敏和边沿触发的区别,并画图说明18. 建⽴时间19. 维持时间20. 延迟时间21. 连接下⾯两个锁存器使它们构成主从触发器,并画出所连的主从触发器的输⼊输出波形图22. 简述下时钟重叠的起因所在23. 下图所⽰的是两相时钟发⽣器,根据时钟信号把下⾯四点的的波形图画出24. 反相器的阈值⼀般可以通过什么进⾏调节25. 施密特触发器的特点26. 说明下⾯电路的⼯作原理,解释它怎么实现的施密特触发.27. 画出下⾯施密特触发器的⽰意版图.28. 同宽长⽐的PMOS和NMOS谁的阈值要⼤⼀些第10章逻辑功能部件1, 根据多路开关真值表画出其组合逻辑结构的CMOS电路图.2, 根据多路开关真值表画出其传输门结构的CMOS电路图.3,计算下列多路开关中P管和N管尺⼨的⽐例关系.4,根据下列电路图写出SUM和C0的逻辑关系式,并根据输⼊波形画出其SUM和C0的输出波形.ABCiK1K0Y1 1 D01 0 D10 1 D20 0 D3K1K0Y1 1 D01 0 D10 1 D20 0 D35,计算下列逐位进位加法器的延迟,并指出如何减⼩加法器的延迟.6,画出传输门结构全加器的电路图,已知下图中的P=A⊕B.7,试分析下列桶型移位器各种sh输⼊下的输出情况.8,试分析下列对数移位器各种sh输⼊下的输出情况.第11章存储器⼀,填空1．可以把⼀个4Mb的SRAM设计成[Hirose90]由32块组成的结构,每⼀块含有128Kb,由1024⾏和列的阵列构成.⾏地址（X）,列地址（Y）,和块地址（Z）分别为,,位宽.2．对⼀个512×512的NOR MOS,假设平均有50%的输出是低电平,有⼀已设计电路的静态电流⼤约et.于0.21mA(输出电压为1.5V时),则总静态功耗为,就从计算的到的功耗看,这个电路设计的（“好”或“差”）.3.⼀般的,存储器由,和三部分组成. 4．半导体存储器按功能可分为：和；⾮挥发存储器有, 和；⼆,解答题1．确定图1中ROM中存放地址0,1,2和3处和数据值.并以字线WL[0]为例,说明原理.图1⼀个4×4的ORROM2．画⼀个2×2的MOSOR型ROM单元阵列,要求地址0,1中存储的数据值分别为01和00.并简述⼯作原理.3.确定图2中ROM中存放地址0,1,2和3处的数据值.并简述⼯作原理.图2⼀个4×4的NORROM4．画⼀个2×2的MOSNOR型ROM单元阵列,要求地址0,1中存储的数据值分别为01和01.并简述⼯作原理.5．如图3为⼀个4×4的NORROM,假设此电路采⽤标准的0.25µmCMOS⼯艺实现,确定PMOS上拉器件尺⼨使最坏的情况下V OL值不会⾼于1.5V(电源电压为2.5V).这相当于字线摆为1V.NMOS尺⼨取(W/L)=4/2.图3⼀个4×4的NORROM6.确定图4中ROM中存放地址0,1,2和3处和数据值.并简述⼯作原理.图4⼀个4×4的NANDROM7．画⼀个2×2的MOSNAND型ROM单元阵列,要求地址0,1中存储的数据值分别为10和10.并简述⼯作原理.8.预充电虽然在NORROM中⼯作的很好,但它应⽤到NANDROM时却会出现某些严重的问题.请解释这是为什么？？9.sram,flashmemory,及dram的区别？？10.给出单管DRAM的原理图.并按图中已给出的波形画出X波形和BL波形,并⼤致标出电压值.11．试问单管DRAM单元的读出是不是破坏性的？？怎样补充这⼀不⾜？？（选作）有什么办法提⾼refreshtime？？12.给出三管DRAM的原理图.并按图中已给出的波形画出X和BL1波形,并⼤致标出电压值.（选作）试问有什么办法提⾼refreshtime？？13．对1TDRAM,假设位线电容为1pF,位线预充电电压为1.25V.在存储数据为1和0时单元电容Cs（50fF）上的电压分别et.于1.9V和0V.这相当于电荷传递速率为4.8%.求读操作期间位线上的电压摆幅.14.给出⼀管单元DRAM的原理图,并给出版图.。

半导体的基础知识教案第一章：半导体概述1.1 半导体的定义与特性解释半导体的概念介绍半导体的物理特性讨论半导体的重要参数1.2 半导体的分类与制备说明半导体材料的分类探讨半导体材料的制备方法分析半导体器件的制备过程第二章：PN结与二极管2.1 PN结的形成与特性解释PN结的概念与形成过程探讨PN结的特性分析PN结的应用领域2.2 二极管的结构与工作原理介绍二极管的结构解释二极管的工作原理探讨二极管的主要参数与规格第三章：双极型晶体管（BJT）3.1 BJT的结构与分类解释BJT的概念介绍BJT的结构与分类分析BJT的运作原理3.2 BJT的特性与参数探讨BJT的输入输出特性讨论BJT的主要参数与规格分析BJT的应用领域第四章：场效应晶体管（FET）4.1 FET的结构与分类解释FET的概念介绍FET的结构与分类分析FET的运作原理4.2 FET的特性与参数探讨FET的输入输出特性讨论FET的主要参数与规格分析FET的应用领域第五章：半导体器件的应用5.1 半导体二极管的应用介绍半导体二极管的应用领域分析二极管在不同电路中的应用实例5.2 半导体晶体管的应用解释半导体晶体管在不同电路中的应用探讨晶体管在不同电子设备中的应用实例5.3 半导体集成电路的应用介绍半导体集成电路的概念分析集成电路在不同电子设备中的应用实例第六章：半导体存储器6.1 存储器概述解释存储器的作用与分类探讨半导体存储器的发展历程分析存储器的主要参数6.2 RAM与ROM介绍RAM（随机存取存储器）的原理与应用解释ROM（只读存储器）的原理与应用分析RAM与ROM的区别与联系6.3 闪存与固态硬盘探讨闪存（NAND/NOR）的原理与应用介绍固态硬盘（SSD）的结构与工作原理分析固态硬盘的优势与挑战第七章：太阳能电池与光电子器件7.1 太阳能电池解释太阳能电池的原理与分类探讨太阳能电池的优缺点分析太阳能电池的应用领域7.2 光电子器件解释光电子器件的分类与应用探讨光电子器件的发展趋势第八章：半导体传感器8.1 传感器的基本概念解释传感器的作用与分类探讨传感器的基本原理分析传感器的主要参数8.2 常见半导体传感器介绍常见的半导体传感器类型解释半导体传感器的原理与应用分析半导体传感器的优势与挑战8.3 传感器在物联网中的应用探讨物联网与传感器的关系介绍传感器在物联网应用中的实例分析物联网传感器的发展趋势第九章：半导体激光器与光通信9.1 半导体激光器解释半导体激光器的工作原理探讨半导体激光器的特性与参数分析半导体激光器的应用领域9.2 光通信原理解释光纤通信与无线光通信的区别探讨光通信系统的组成与工作原理9.3 光通信器件与技术介绍光通信器件的类型与功能解释光通信技术的分类与发展趋势分析光通信在现代通信系统中的应用第十章：半导体技术与未来趋势10.1 摩尔定律与半导体技术发展解释摩尔定律的概念与意义探讨摩尔定律对半导体技术发展的影响分析半导体技术的未来发展趋势10.2 纳米技术与半导体器件介绍纳米技术在半导体器件中的应用解释纳米半导体器件的特性与优势探讨纳米半导体器件的未来发展趋势10.3 新兴半导体技术与应用分析新兴半导体技术的种类与应用领域探讨量子计算、生物半导体等未来技术的发展前景预测半导体技术与产业的未来发展趋势重点和难点解析重点环节一：半导体的定义与特性重点环节二：半导体的分类与制备重点环节三：PN结与二极管重点环节四：双极型晶体管（BJT）重点环节五：场效应晶体管（FET）重点环节六：半导体存储器重点环节七：太阳能电池与光电子器件重点环节八：半导体传感器重点环节九：半导体激光器与光通信重点环节十：半导体技术与未来趋势全文总结和概括：本文主要对半导体的基础知识进行了深入的解析，包括半导体材料的分类与特性、半导体的制备方法、PN结与二极管、双极型晶体管（BJT）、场效应晶体管（FET）、半导体存储器、太阳能电池与光电子器件、半导体传感器、半导体激光器与光通信以及半导体技术与未来趋势等内容进行了详细的阐述。

半导体器件物理施敏答案【篇一：施敏院士北京交通大学讲学】t>——《半导体器件物理》施敏 s.m.sze,男，美国籍，1936年出生。

台湾交通大学电子工程学系毫微米元件实验室教授，美国工程院院士，台湾中研院院士，中国工程院外籍院士，三次获诺贝尔奖提名。

学历：美国史坦福大学电机系博士（1963），美国华盛顿大学电机系硕士（1960），台湾大学电机系学士（1957）。

经历：美国贝尔实验室研究（1963-1989），交通大学电子工程系教授（1990-），交通大学电子与资讯研究中心主任（1990-1996），国科会国家毫微米元件实验室主任（1998-），中山学术奖（1969），ieee j.j.ebers奖（1993），美国国家工程院院士（1995）, 中国工程院外籍院士 (1998)。

现崩溃电压与能隙的关系，建立了微电子元件最高电场的指标等。

施敏院士在微电子科学技术方面的著作举世闻名，对半导体元件的发展和人才培养方面作出了重要贡献。

他的三本专著已在我国翻译出版，其中《physics of semiconductor devices》已翻译成六国文字，发行量逾百万册；他的著作广泛用作教科书与参考书。

由于他在微电子器件及在人才培养方面的杰出成就,1991年他得到了ieee 电子器件的最高荣誉奖（ebers奖），称他在电子元件领域做出了基础性及前瞻性贡献。

施敏院士多次来国内讲学，参加我国微电子器件研讨会；他对台湾微电子产业的发展，曾提出过有份量的建议。

主要论著：1. physics of semiconductor devices, 812 pages, wiley interscience, new york, 1969.2. physics of semiconductor devices, 2nd ed., 868 pages, wiley interscience, new york,1981.3. semiconductor devices: physics and technology, 523 pages, wiley, new york, 1985.4. semiconductor devices: physics and technology, 2nd ed., 564 pages, wiley, new york,2002.5. fundamentals of semiconductor fabrication, with g. may,305 pages, wiley, new york,20036. semiconductor devices: pioneering papers, 1003 pages, world scientific, singapore,1991.7. semiconductor sensors, 550 pages, wiley interscience, new york, 1994.8. ulsi technology, with c.y. chang,726 pages, mcgraw hill, new york, 1996.9. modern semiconductor device physics, 555 pages, wiley interscience, new york, 1998. 10. ulsi devices, with c.y. chang, 729 pages, wiley interscience, new york, 2000.课程内容及参考书：施敏教授此次来北京交通大学讲学的主要内容为《physics ofsemiconductor device》中的一、四、六章内容，具体内容如下：chapter 1: physics and properties of semiconductors1.1 introduction 1.2 crystal structure1.3 energy bands and energy gap1.4 carrier concentration at thermal equilibrium 1.5 carrier-transport phenomena1.6 phonon, optical, and thermal properties 1.7 heterojunctions and nanostructures 1.8 basic equations and exampleschapter 4: metal-insulator-semiconductor capacitors4.1 introduction4.2 ideal mis capacitor 4.3 silicon mos capacitorchapter 6: mosfets6.1 introduction6.2 basic device characteristics6.3 nonuniform doping and buried-channel device 6.4 device scaling and short-channel effects 6.5 mosfet structures 6.6 circuit applications6.7 nonvolatile memory devices 6.8 single-electron transistor iedm，iscc, symp. vlsi tech.等学术会议和期刊上的关于器件方面的最新文章教材：? s.m.sze, kwok k.ng《physics of semiconductordevice》,third edition参考书：? 半导体器件物理(第3版)(国外名校最新教材精选)(physics of semiconductordevices) 作者:(美国)(s.m.sze)施敏 (美国)(kwok k.ng)伍国珏译者:耿莉张瑞智施敏老师半导体器件物理课程时间安排半导体器件物理课程为期三周，每周六学时，上课时间和安排见课程表：北京交通大学联系人：李修函手机：138******** 邮件：lixiuhan@案2013~2014学年第一学期院系名称：电子信息工程学院课程名称：微电子器件基础教学时数： 48授课班级： 111092a,111092b主讲教师：徐荣辉三江学院教案编写规范教案是教师在钻研教材、了解学生、设计教学法等前期工作的基础上，经过周密策划而编制的关于课程教学活动的具体实施方案。

半导体器件⼯艺基础知识半导体基础知识和半导体器件⼯艺第⼀章半导体基础知识　通常物质根据其导电性能不同可分成三类。

第⼀类为导体，它可以很好的传导电流，如：⾦属类，铜、银、铝、⾦等；电解液类：NaCl⽔溶液，⾎液，普通⽔等以及其它⼀些物体。

第⼆类为绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、⽊板等。

第三类为半导体，其导电能⼒介于导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si硅等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，⼆、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。

物体的导电能⼒可以⽤电阻率来表⽰。

电阻率定义为长1厘⽶、截⾯积为1平⽅厘⽶的物质的电阻值，单位为欧姆*厘⽶。

电阻率越⼩说明该物质的导电性能越好。

通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘⽶以下，绝缘体的电阻率在109欧姆*厘⽶以上。

半导体的性质既不象⼀般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由于它的导电能⼒介于导体和绝缘体之间，⽽是由于半导体具有以下的特殊性质：(1) 温度的变化能显著的改变半导体的导电能⼒。

当温度升⾼时，电阻率会降低。

⽐如Si在200℃时电阻率⽐室温时的电阻率低⼏千倍。

可以利⽤半导体的这个特性制成⾃动控制⽤的热敏组件（如热敏电阻等），但是由于半导体的这⼀特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件⾃⾝产⽣的热量，需要考虑器件使⽤环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。

(2) 半导体在受到外界光照的作⽤是导电能⼒⼤⼤提⾼。

如硫化镉受到光照后导电能⼒可提⾼⼏⼗到⼏百倍，利⽤这⼀特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。

(3) 在纯净的半导体中加⼊微量（千万分之⼀）的其它元素（这个过程我们称为掺杂），可使他的导电能⼒提⾼百万倍。

这是半导体的最初的特征。

例如在原⼦密度为5*1022/cm3的硅中掺进⼤约5X1015/cm3磷原⼦，⽐例为10-7（即千万分之⼀），硅的导电能⼒提⾼了⼏⼗万倍。

物质是由原⼦构成的，⽽原⼦是由原⼦核和围绕它运动的电⼦组成的。

双极型集成电路双极型集成电路，简称双极型IC，是一种晶体管集成电路，其特征是只有两对对极：负极（集电极）和正极（发射极）。

它以一种传统的放大方式，经常与双极型放大器、单稳放大器、一步放大器配套使用，广泛应用在电子设备和功能性元件电路中。

双极型IC的特点在于只有两对对极，而且由晶体管构成，所以它是半导体器件中一种重要的产品，也是电子器件制造的重要组成部分。

双极型IC可以完成一些复杂的功能，比如比较、空间位置检测、模拟信号处理和数字信号处理等。

双极型的晶体管装置可以进行非常复杂的处理，因此双极型IC在许多电子设备中得到广泛应用，比如电脑、手机、数码摄像机、游戏机等。

双极型集成电路模块是半导体封装的重要产品，它利用半导体封装技术，将数据、电源和信号线装载到一个封装模块中，进行多层的封装。

它的优势在于封装物的体积小，性能稳定，使用广泛，可以简化原有的电路，减少电路的故障，从而提高整个系统的可靠性。

此外，双极型集成电路的制造工艺也十分重要，一般来讲，当双极型集成电路组成比较复杂时，就需要采用更加精细、先进的制造工艺，比如利用贴片技术，单片机技术，及其他微系统技术，确保双极型集成电路的性能达到设计要求。

在量产双极型IC时，还要注意对其进行测试，以确保其性能满足设计要求。

除了本身的生产厂商外，还需要第三方的检测机构进行测试，检查双极型IC的可靠性、可用性和可编程等性能参数。

双极型集成电路是一种重要的晶体管装置，也是电子设备的重要组成部分。

它的特点是只有两对对极，并且由晶体管构成，配合双极型放大器、单稳放大器、一步放大器等电子设备，可以完成复杂的功能。

在双极型集成电路的制造过程中，除了采用先进的制造工艺之外，还需要重视测试工作，以保证可靠性和可用性。

第一章工艺和器件发展概述1947年第一只具有放大作用的点接触晶体管问世，与电子管相比具有很多优点，引起人们广泛注意，在随后的十几年时间相继发明了各式各样晶体管(合金管、合金扩散管、台面管等)。

1960年硅平面工艺和外延技术的出现，使半导器件的制造工艺获得重大突破。

它为集成电路的制造开拓了广阔的途径，促进了半导体器件进一步向微型化、低功耗和高可靠性方向发展。

集成度由SSI、MSI、LSI、VLSI步入了ULSI时代。

1957年第一只SCR问世以来功率器件也取得了长足的进步，相继推出了GTO(可关断晶闸管)TRIAC(双向晶闸管)和GTR(达林顿功率晶体管)这些都是双极型器件，它们共同优点是功率容量大，导通电阻小，缺点是存在少子贮存效应，开关速度低，电流驱动，驱动功率大，不易控制，七十年末由IR和GE公司发明了单极型功率器件功率MOSFET，立即受到制造厂和用户的重视。

三年后西方15家大公司均掌握了功率MOSFET生产技术(VDMOS)，1983年诞生了IGBT双极型器件。

半导体器件种类繁多，工艺有别，本次培训主要以外延平面工艺为主，介绍以下内容：单晶硅拉制及衬底制备、外延工艺、氧化工艺、扩散与离子注入工艺、光刻工艺、蒸发工艺、芯片组装工艺。

一、锗合金扩散晶体管制造工艺流程简介合金扩散晶体管是五十年代中期发展起来的一种高频管。

工艺流程：切片→研磨、抛光、腐蚀→扩散(Sb扩)→装发射极(In合金)→真空烧结(500～550℃)→装基极及支架→烧结(H2)→点焊管座→拉丝→涂保护油→台面腐蚀→去油清洗→管芯腐蚀→烘干→涂胶→封管二、硅外延平面晶体管制造工艺流程(NPN型)三、集成电路制造工艺流程原始硅片 P型(衬底) ρ：8－13Ω·cm 晶面(111)比平面晶体管多出工艺隐埋(埋层)扩散，隔离扩散。

四、肖特基二极管芯工艺工艺势垒金属结温 VF IRVR标准工艺 Mo-Si化合物 150℃低适中≤60V830工艺 Pd-Si化合物+Mo 175℃高低≤200VCr Cr-Si化合物+Mo 125℃很低高≤45VV V-Si化合物 100℃极低很高≤45V 管芯工艺流程见附图五、IGBT工艺流程 IGBT、MOSFET芯片结构详见附图第二章单晶拉制与衬底制备半导体单晶是制造半导体器件的基础材料，它的质量好坏直接影响到半导体器件的性能。

场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。

载流子参与导电是种器件半导体三极管是具有电流放大功能的元件频率：功率：材料：类型：1.2.1 三极管的结构及工作原理1.2.2 三极管的基本特性极管的基本特性1.2.3 三极管的主要参数及电路模型123三极管的主要参数及电路模型侧称为发射区，电极称为一侧称为发射区，电极称为e-b间的PN结称为发射结(Je)c-b间的PN结称为集电结(Jc)中间部分称为基区，连上电极称为基极，用B或b表示（Base）；示向。

集电结反偏集电结反偏，有平衡少子的漂移运动形成的反向电流。

CBO基区空穴向发射区的扩散可忽略扩散可忽略。

进入P 区的电进入P子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBN数扩散到集电结。

3、三极管的电流分配关系I B定义：发射极直流电流放大倍数βICCEO忽略如输入电压变化，则会导致在流在定义：流放大倍数流放大倍数：的态信号时的(1)三极管放大电路的02.03 三极管的三种组态0203三极管的三种组态后达到集电极的电子电流的比值。

所以三极管的基本特性由基本特性曲线刻画，即各电极电压与电流的关系曲线，是其内部载流子运动的外部表现为什么要研究特性曲线：好的电路1. 输入特性曲线①死区②非线性区③线性区可以用解释即u CE 对i 的影响，可以用三极管的内部反馈作用解释，即：结和发射结的两个性曲线。

（反偏状态，可以将发射区注入基区的绝大多数非平衡少子收集到集电区，且基区复合减少，明显增大，特性曲线将向右稍微移动一些。

输出特性曲线=0V时，因集电极无收集作用，i C=0。

当uCEu稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电当稍增大时发射结虽处于正向电压之下但集电增加到使集电结反偏电压较大时如u增加到使集电结反偏电压较大时，如CEu CE ≥1V≥0.7Vu07BE运动到集电结的电子基本上都可以被集电再增区收集，此后uCE电流没有明加，电流也没有明显的增加，特性曲线进轴基本平行的入与uCE区域(这与输入特性曲增大而右移的共发射极接法输出特性曲线线随uCE饱和区的下方此时发射结反偏集电结反偏的下方。