半导体器件物理复习重点.docx
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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。
VkTNaNd
VbiFpFnIn2
eni
1.4空间电荷区的宽度计算
1/2
W2s（VbiVr）NaNd
eNaNd
NaXpNdXn
1.5PN结电容的计算
C'
esNaNd
1/2
s
2（VbiVr）N
Nd）W
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
JJsexp^-^1
skT
eDppn0eDnnp021Dn1Dp
Js二LeniN\—T'.
pnain0d[p0
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
WenWeVa,
JreceRdxexp1
0202kT
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）
1
1pe0DeLbtanh（xB/Lb）Db0DbLetanh（xE/Le）
Tcosh（xB/Lb）
11
12
1-（xb/Lb）2
2
1
14冷eVBE
Jso2kT
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^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
VOX0s0ms
4.3栅压的计算（非平衡能带关系）
VGVoxsms
4.4平带电压的计算
\/些
VFBms
COX
4.5阈值电压的计算*
|Q'sD（max）|Q'ss|Q'sd（max）
VTN~ms2fp~VFB2fp
COXCOX
Q'sD（max）eNaXdT
XdT
eNa
ms
ox
Eg2efp
Vtp-
Q'sd（max）
COX
Q'ss2
ms2fn
Q'sd（max）
COX
VFB2fn
Cox
tox
Q'SD（max）eNdxdT
1
4sfn2
ni
2e
msm
Cox
ox
tox
4.6MOS电容的计算
总的电容公式：
最大电容:
cc_OX
CmaxCOX
平带电容:
最小电容:
sVth
4.7MOSFET勺工作原理是什么?
4.8电流-电压关系（计算）
N沟道：
IdW2lC^[2（VGsVt）VdsVDs]
VDs（sat）VgsVt
Id（sat）也nCoXvDS（sat）^c^VgsVt）22L2L
P沟道:
WpCoX2
Id—^[2（VsgVQVsdVSD]
VsD（sat）VsgVt
4.9MOSFET勺跨导计算
Vgs
gm
4.10MOSFET勺等效电路（简化等效电路）
gm
4.11MOSFET勺截止频率主要取决于什么因素?
fgm
IT
2（CgSTCm）2Cg
fT
_nMs_Vt）
2L2
第五章光器件
5.1电子-空穴对的产生率:
，/、I（x）g'（x）—-—h
5.2PN结太阳能电池的电流
...eV』
IIlIsexp^^1
5.3光电导计算
e（np）pe（np）Glp
II
5.4光电导增益
PheGALtp（1p）
eGLALLnn
5.5光电二极管的光电流
JleGL（WLpLn）
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^效应晶体管：
概念的深入
6.1MOSFET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。
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