半导体物理2013(第六章)综述
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《半导体物理与器件》习题库目录《半导体物理与器件》习题库 (1)第1章思考题和习题 (2)第2章思考题和习题 (3)第3章思考题和习题 (6)第4章思考题和习题 (10)第5章半导体器件制备技术 (12)第6章Ga在SiO2/Si结构下的开管掺杂 (13)第1章思考题和习题1. 300K时硅的晶格常数a=5.43Å,求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少?2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。
3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图,并对它们的导电性能作出定性解释。
4. 以硅为例,简述半导体能带的形成过程。
5. 证明本征半导体的本征费米能级E i位于禁带中央。
6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。
7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV,如果忽略禁带宽度随温度的变化,求:(a)计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。
(b) 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s,计算本征硅的电阻率是多少?8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷,求室温下的载流子浓度及费米能级E FN的位置(分别从导带底和本征费米能级算起)。
9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼,求室温下的载流子浓度及费米能级E FP的位置(分别从价带顶和本征费米能级算起)。
10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。
11. 掺有浓度为3×1016cm-3的硼原子的硅,室温下计算:(a)光注入△n=△p=3×1012cm-3的非平衡载流子,是否为小注入?为什么?(b)附加光电导率△σ为多少?(c)画出光注入下的准费米能级E’FN和E’FP(E i为参考)的位置示意图。
半导体工艺第六章第六章习题6-1 解释欧姆接触,并说明形成欧姆接触的常用方法。
欧姆接触是指金属与半导体之间的电压与电流的关系具有对称和线性关系,而且接触电阻尽可能低,不产生明显的附加阻抗。
常用方法:扩散法和合金法扩散法:是在半导体中先扩散形成重掺杂区以获得N+N或P+P 的结构,然后使金属与重掺杂的半导体区接触,形成欧姆接触。
合金法:是利用合金工艺对金属互联线进行热处理,使金属与半导体界面形成一层合金层或化合物层,并通过这一层与表面重掺杂的半导体形成良好的欧姆接触。
6-2 列出并描述集成电路制造中对金属薄膜的要求。
要求:(1)具有高的导电率和纯度(2)与下层衬底(通常是二氧化硅或氮化硅)具有良好的粘附性(3)与半导体材料连接时接触电阻低(4)能够淀积出均匀而且没有“空洞”的薄膜,易于填充通孔(5)易于光刻和刻蚀,容易制备出精细图形(6)很好的耐腐蚀性(7)在处理和应用过程中具有长期的稳定性6-3 列出半导体制造中使用的金属种类,并说明每种金属的用途。
种类:铝、铝铜合金、铜、阻挡层金属、硅化物和钨铝:作为金属互连的材料,以薄膜的形式在硅片中连接不同器件。
铝铜合金:有效解决电迁徙问题。
铜:作为互连线。
阻挡层金属:防止上下层材料相互扩散。
硅化物:减小接触电阻。
钨:填充通孔。
6-4 解释铝已被选择作为微芯片互连金属的原因。
(1)较低的电阻率(2)铝价格低廉(3)工艺兼容性(4)铝膜与下层衬底(通常是硅、二氧化硅或氮化硅)具有良好的粘附性6-5 哪种金属已经成为传统互连金属线?什么是它的取代物?铝已经成为传统互连金属线,铝铜合金是它的取代物6-6 描述结尖刺现象,如何解决结尖刺问题?由于硅在铝中的溶解度比较高,形成合金时,硅会从衬底向铝中溶解,这样就在接触区下层的硅中留下空洞,从而有可能发生尖刺效应。
解决方法:在接触区引入阻挡层金属可阻止上下层材料互相混合。
6-7 描述电迁徙现象,如何解决电迁徙现象?电迁徙现象:在大电流密度的情形下,大量电子对金属原子的持续碰撞,会引起原子逐渐而缓慢的移动。
第一章 半导体的能带理论1. 基本概念✧ 共有化运动:原子组成晶体后,由于电子壳层的交叠,电子不在局限在某一个原子上,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。
✧ 单电子近似:假设每个电子是在大量周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。
该势场也是周期性变化的。
✧ 能带的形成:原子相互接近,形成壳层交替→电子共有化运动→能级分裂(分成允带、禁带)→形成能带✧ 能带:晶体中,电子的能量是不连续的,在某些能量区间能级分布是准连续的,在某些区间没有能及分布。
这些区间在能级图中表现为带状,称之为能带。
✧ 价带:P6✧ 导带:P6✧ 禁带:P5✧ 导体✧ 半导体✧ 绝缘体的能带✧ 本征激发:价带上的电子激发成为准自由电子,即价带电子激发成为导带电子的过程,称为本征激发。
✧ 空穴:具有正电荷q 和正有效质量的粒子✧ 电子空穴对✧ 有效质量:有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。
它概括了周期性势场对载流子运动的影响,从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。
其大小由晶体自身的E-k 关系决定。
✧ 载流子及载流子浓度2. 基本理论✧ 晶体中的电子共有化运动✧ 载流子有效质量的物理意义 :当电子在外力作用下运动时,它一方面受到外电场力f的作用,同时还和半导体内部原子、电子相互作用着,电子的加速度应该是半导体内部势场和外电场作用的综合效果。
但是,要找出内部势场的具体形式并且求得加速度遇到一定的困难,引进有效质量后可使问题变得简单,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,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。
第二章 半导体中的杂质与缺陷能级1. 基本概念✧ 杂质存在的两种形式:间隙式杂质:杂质原子位于晶格原子间的间隙位置。
替位式杂质:杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处。
半导体物理学陈延湖§6.2 P-N结电流电压特性J正极J = J s exp( qV ) k0TP势垒区 内建电场EN负极J = −Js0V 单向导通 单向截止加正向电压:P区加高电位,n区加低电位 加反向电压:P区加低电位,n区加高电位1,外加电压下PN结势垒变化(宽度和高度)、载流子运动变化(漂移和扩 散)、能带变化(准费米能级)等 2,理想PN结模型及其电流电压特性 3,影响PN结理想电流电压特性的各个因素1,外加电压下势垒变化及载流子运动正向偏置下的PN结变化(定性分析):①势垒区变化p`VFn`外加偏压几乎全部降落在势垒区P N外电场与内建电场方向相反,势 垒区电场减弱,空间电荷减少, 势垒区减薄,势垒高度降低 ②载流子运动的变化 载流子的扩散电流大于漂移电 流,产生了电子从N区向P区以及 空穴从P区向N区的净扩散流p nq(VD-VF)qVD扩散到P区的电子在P区势垒边界 处积累,成为P区的非平衡少数载 流子,此过程为非平衡载流子的 电注入 非平衡载流子电子的积累导致势 垒边界处电子浓度高于P区内电子 浓度,产生流向P区的电子扩散流n,p pn np pn0 np0 -xp 0电子扩散区xn空穴扩散区x非平衡载流子电子边向P区内扩 散,边复合,经过若干扩散长度 后,全部复合势垒区PNJ=Jp+ Jn在一定的正向偏压下,电子从N区向P区 扩散,形成稳定的电子扩散电流Jp,空穴从P 区向N区扩散形成稳定的空穴扩散电流Jn。
在PN结的扩散区和势垒区的任一截面 上,Jn和Jp并不一定相等,但其总和保持相 等。
两者之和为PN结的正向偏置电流JJpJn-xp 0电子扩散区 势垒区xn空穴扩散区x NP③正向偏置下的能带图p`LnXDn` LpE cpPE FpqV Fq (V D − V F ) E cn n EFNE vp-xp 0 xnE vnpn1,外加电压下势垒变化(宽度和高度)及载流子 运动反向偏置下的PN结变化:①势垒区变化Pp`E内 E外 n`N外加偏压几乎全部降落在势垒区 外电场与内建电场方向相同, 势垒区电场增强,空间电荷增 加,势垒区变厚,势垒高度增高 ②载流子运动的变化 载流子的漂移电流大于扩散电 流,各区势垒边界处少数载流子 被抽取 p nqV Dq (V D − V R )n,p N区的边界处的少子空穴被势 垒区的强电场驱向P区,而P区边 界处的少子电子被驱向N区,此过 程为少数载流子的抽取 np0 边界处的少数载流子被抽取 后,内部的少数载流子来补充, 形成反向偏压下的电子扩散流和 空穴扩散流。
半导体物理名词解释概述及解释说明1. 引言1.1 概述半导体物理是一门研究半导体材料和器件性质的学科,涉及到许多重要的名词和概念。
对于初学者来说,这些专业术语可能会令人困惑。
因此,本文旨在提供对半导体物理中常见名词的解释和概述,以帮助读者更好地理解半导体物理相关知识。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分。
首先是引言部分,介绍了整篇文章的背景和目的。
接下来是半导体物理名词解释部分,其中详细解释了与半导体物理密切相关的一些重要术语和概念。
第三部分是对这些名词进行概述和解释说明,进一步展开了每个主题。
紧接着是其他重要名词解释部分,扩展了一些与半导体物理相关但不属于基础名词的专业术语。
最后,在结论部分对文章进行总结并提供进一步阅读建议。
1.3 目的本文旨在向读者介绍半导体物理领域中常见名词的含义,并帮助读者建立对这些名词的基本理解。
通过阐述这些概念的定义和相关性,我们希望提供给读者一种全面而清晰的半导体物理知识框架。
这将有助于读者更深入地研究半导体物理,并在实际应用中应用所学知识。
以上是“1. 引言”部分的详细内容,以普通文本格式呈现。
2. 半导体物理名词解释半导体物理是研究半导体材料及其物性的科学领域。
在这一部分,我将对一些普遍使用的半导体物理名词进行解释。
1. 半导体:半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它具有介电常数较大、能带隙适中的特点,在一定条件下可以表现出良好的电子和空穴导电性。
2. 杂质:在纯净的半导体晶格中掺入少量其他元素所形成的材料。
杂质通常称为掺杂剂,可用来改变半导体的电子与空穴浓度,从而控制其电子学性质。
3. 载流子:载流子是指携带正或负电荷并在半导体中自由移动的粒子。
主要有两种载流子:电子(带负电荷)和空穴(带正电荷)。
它们决定了半导体的传导特性。
4. 禁带宽度:也称能带隙,在固态物理中指价带(valence band)与传导带(conduction band)之间没有能级存在的能量差。