半导体器件物理-复习重点

第一章PN结1.1PN结是怎么形成的？耗尽区：正因为空间电荷区内不存在任何可动的电荷，所以该区也称为耗尽区。空间电荷边缘存在多子浓度梯度，多数载流子便受到了一个扩散力。在热平衡状态下，电场力与扩散力相互平衡。p型半导体和n型半导体接触面形成pn结，p区中有大量空穴流向n区并留下负离子，n区中有大量电子流向p区并留下正离子（这部分叫做载流子的扩散），正负离子形成的电场叫做空间电荷区，正离子阻碍电子流走，负离子阻碍空穴流走（这部分叫做载流子的漂移），载流子的扩散与漂移达到动态平衡，所以pn结不加电压下呈电中性。1.2PN结的能带图（平衡和偏压）无外加偏压，处于热平衡状态下，费米能级处处相等且恒定不变。1.3内建电势差计算N区导带电子试图进入p区导带时遇到了一个势垒，这个势垒称为内建电势差。2lnidaFnFpbinNNekTV1.4空间电荷区的宽度计算2/1)(2dadaRbisNNNNeVVWndpaxNxN1.5PN结电容的计算WNNVVNNeCsdaRbidas2/1))((2'第二章PN结二极管2.1理想PN结电流模型是什么？势垒维持了热平衡。反偏：n区相对于p区电势为正，所以n区内的费米能级低于p区内的费米能级，势垒变得更高，阻止了电子与空穴的流动，因此pn结上基本没有电流流动。正偏：p区相对于n区电势为正，所以p区内的费米能级低于n区内的费米能级，势垒变得更低，电场变低了，所以电子与空穴不能分别滞留在n区与p区，所以pn结内就形成了一股由n区到p区的电子和p区到n区的空穴。电荷的流动在pn结内形成了一股电流。过剩少子电子：正偏电压降低了势垒，这样就使得n区内的多子可以穿过耗尽区而注入到p区内，注入的电子增加了p区少子电子的浓度。2.2少数载流子分布（边界条件和近似分布）2.3理想PN结电流1expkTeVJJas0020011ppdnnainpnpnpsDNDNenLneDLpeDJ2.4PN结二极管的等效电路（扩散电阻和扩散电容的概念）？扩散电阻：在二极管外加直流正偏电压，再在直流上加一个小的低频正弦电压，则直流之上就产生了个叠加小信号正弦电流，正弦电压与正弦电流就产生了个增量电阻，即扩散电阻。扩散电容：在直流电压上加一个很小的交流电压，随着外加正偏电压的改变，穿过空间电荷区注入到n区内的空穴数量也发生了变化。P区内的少子电子浓度也经历了同样的过程，n区内的空穴与p区内的电子充放电过程产生了电容，即扩散电容。2.5产生-复合电流的计算12exp200kTeVWendxeRJaiWrec2.6PN结的两种击穿机制有什么不同？齐纳击穿:重掺杂的pn结由于隧穿机制而发生齐纳击穿。在重掺杂pn结内，反偏条件下结两侧的导带与价带离得非常近，以至于电子可以由p区直接隧穿到n区的导带。即齐纳击穿。雪崩击穿：当电子或空穴穿越空间电荷区时，由于电场的作用，他们的能量会增加，增加到一定的一定程度时，并与耗尽区的原子电子发生碰撞，便会产生新的电子空穴对，新的电子空穴又会撞击原子内的电子，于是就发生了雪崩击穿。对于大多数pn结来说，雪崩击穿占主导地位。在电场的作用下，新的电子与空穴会朝着相反的方向运动，于是便形成了新的电流。第三章双极晶体管3.1双极晶体管的工作原理是什么？3.2双极晶体管有几种工作模式，哪种是放大模式？正向有源，反向有源，截止，饱和。3.3双极晶体管的少子分布（图示）3.4双极晶体管的电流成分（图示），它们是怎样形成的？正向有源时同少子分布。3.5低频共基极电流增益的公式总结（分析如何提高晶体管的增益系数）EBEBEBEEBBEBBBEExxDDNNLxLxLDnLDp11)/tanh()/tanh(11002)/(2111)/cosh(1BBBBTLxLxkTeVJJBEsr2exp1100T13.6等效电路模型（Ebers-Moll模型和Hybrid-Pi模型）（画图和简述）3.7双极晶体管的截止频率受哪些因素影响？基区渡越时间。利用有内建电场的缓变掺杂基区。3.8双极晶体管的击穿有哪两种机制？第四章MOS场效应晶体管基础4.1MOS结构怎么使半导体产生从堆积、耗尽到反型的变化？反型：当在棚极加上更大的负电压时，导带和价带的弯曲程度更加明显了，本证费米能级已经在费米能级的上方了，以至于价带比导带更接近费米能级，这个结果表明半导体表面是p型的，通过施加足够大的负电压半导体表面已经从n型转为p型了。这就是半导体表面的空穴反型层。4.2MOS结构的平衡能带图（表面势、功函数和亲和能）及平衡能带关系mssOXV004.3栅压的计算(非平衡能带关系)mssOXGVV4.4平带电压的计算OXssmsFBCQV'4.5阈值电压的计算*pfFBOXSDpfmsOXssSDTNVCQCQQV2(max)'2'(max)'dTaSDxeNQ(max)'214apfsdTeNxiathpfnNVlnpfgmmseE2oxoxoxtCnfFBOXSDnfmsOXssSDTPVCQCQQV2(max)'2'(max)'dTdSDxeNQ(max)'214dnfsdTeNxidthnfnNVlnnfgmmseE2oxoxoxtC4.6MOS电容的计算总的电容公式：dsOXOXOXdeplxtC'最大电容：OXOXOXtCC''max平带电容：DsOXOXOXFBLtC'，athsDeNVL最小电容：dTsOXOXOXxtCmin'，apfsdTeNx44.7MOSFET的工作原理是什么？4.8电流-电压关系（计算）N沟道：])(2[22DSDSTGSoxnDVVVVLCWITGSDSVVsatV)(22)(2)(2)(TGSoxnDSoxnDVVLCWsatVLCWsatIP沟道：])(2[22SDSDTSGoxpDVVVVLCWITSGSDVVsatV)(22)(2)(2)(TSGoxpSDoxpDVVLCWsatVLCWsatI4.9MOSFET的跨导计算GSDmVIg4.10MOSFET的等效电路（简化等效电路）4.11MOSFET的截止频率主要取决于什么因素？GmMgsTmTCgCCgf2)(222)(LVVfTGSnT第五章光器件5.1电子-空穴对的产生率：hxIxg)()('5.2PN结太阳能电池的电流1expkTeVIIIsL5.3光电导计算pLpnpnGepe)()(5.4光电导增益)1(npnpLLphtALeGI5.5光电二极管的光电流)(npLLLLWeGJ5.6PIN二极管怎么提高光电探测效率？5.7发光二极管的内量子效率主要取决于哪些因素？5.8PN结二极管激光器怎样实现粒子数反转（借助于能带图说明）第六章MOS场效应晶体管：概念的深入6.1MOSFET按比例缩小理论（恒定电场缩小），哪些参数缩小，哪些参数增大？6.2结型场效应晶体管的工作原理是什么？它有什么特点6.3设计一种半导体器件，说明其工作原理。（1）结结构、能带结构（势垒）、电路结构（等效）；（2）载流子分布、电流形成机制、伏-安特性；（3）增益系数、频率响应。