半导体最优题库无计算题版本概论.docx

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半导体最优题库无计算题版本概论

1.受主杂质

杂质在半导体中成键时，产生一个空穴。

当其他电子来填补这个空穴时，相当于这个空穴电离，同时杂质原子成为负电中心。

2.施主杂质

掺杂离子进入本征半导体晶格后，杂质原子容易失去一个电子成为自由电子，这个杂质原子叫施主。

3.间接复合

电子和空穴通过禁带中的杂质或缺陷能级进行复合。

4.直接复合

电子在导带和价带之间直接跃迁所引起的非平衡载流子的复合过程。

5.载流子产生率

单位时间内载流子的产生数量。

6.扩散长度

非平衡载流子深入样品的平均距离。

7.非平衡载流子的寿命

非平衡载流子的平均生存时间。

8.费米能级

费米能级是绝对零度时电子的最高能级。

9.迁移率

单位电场强度下载流子所获得的漂移速率。

10.功函数

功函数是指真空电子能级E0与半导体的费米能级EF之差。

11.表面态

晶体的自由表面的存在，使得周期性势场在表面处发生中断，引起附加能级，电子被局域在表面附近，这种电子状态称为表面态，所对应的能级为表面能级。

12.电子亲和能

真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。

13.同质结

同质结就是同一种半导体形成的结，包括pn结，pp结，nn结。

14.异质结

异质结就是由不同种半导体材料形成的结，包括pn结，pp结，nn结。

15.非平衡载流子

半导体中比热平衡时所多出的额外载流子。

16.施主杂质

掺杂离子进入本征半导体晶格后，杂质原子容易失去一个电子成为自由电子，这个杂质原子叫施主。

17.本征激发

当有能量大于禁带宽度的光子照射到半导体表面时,满带中的电子吸收这个能量,跃迁到导带产生一个自由电子和自由空穴,这一过程称为本征激发。

18.平均自由程

电子在实际器件中的平均自由运动距离称为平均自由程。

19.有效质量

电子受到原子核的周期性势场（这个势场和晶格周期相同）以及其他电子势场综合作用的结果。

20.浅能级杂质

指在半导体中、其价电子受到束缚较弱的那些杂质原子，往往就是能够提供载流子—电子或空穴的施主、受主杂质；它们在半导体中形成的能级都比较靠近价带顶或导带底，因此称其为浅能级杂质。

21.镜像力

在金属－真空系统中，一个在金属外面的电子，要在金属表面感应出正电荷，电子也受到感应的正电荷的吸引如负电荷距离金属表面为x，则它与感应出的金属表面的正电荷之间的吸引力，相当于在-x处有个等量的正电荷之间的作用力，即镜像力。

22.肖特基势垒

金属与半导体接触时，若二者功函不同，载流子会在金属与半导体之间流动，稳定时系统费米能级统一，在半导体表面一层形成表面势垒，是一个高阻区域，称为阻挡层。

电子必须跨越的界面处势垒通常称为肖特基势垒。

23.雪崩击穿

雪崩击穿是PN结反向电压增大到一数值时，在反向强电场下的碰撞电离,使载流子倍增就像雪崩一样，增加得多而快。

雪崩击穿一般发生在掺杂浓度较低、外加电压又较高的PN结中。

24.小注入条件

当注入半导体材料的非平衡电子的浓度小于平衡时导带中电子的浓度时，我们称这种方法为小注入较小偏压下的电流注入。

25.高表面态密度钉扎

态密度很大时，表面积累很多负电荷，能带向上弯曲程度越大，表面处EF接近EFS。

能带弯曲量qVD=EF-EFS。

26.隧道击穿

反向偏压增加，内建电场增加，能带倾斜，导致n区导带底比p区价带顶还低。

这样p区价带电子得到附加势能qEx可以大于Eg。

1证明当μn≠μp，且电子浓度，空穴浓度

时半导体的电导率有最小值，并推导σmin的表达式。

得证

得证

得证

7.  证明同质pn结接触电势差 

，并说明接触电势差与半导体材料的掺杂浓度和能带隙宽度之间的关系。

没有昂，总不能考100吧！

1，导体、半导体、绝缘体能带有什么区别？

按固体能带理论，物质的核外电子有不同的能量。

根据核外电子能级的不同，把它们的能级划分为三种能带：

导带、禁带和价带（满带）。

在禁带里，是不允许有电子存在的。

禁带把导带和价带分开。

（1）对于导体：

它的大量电子处于导带，能自由移动。

在电场作用下，成为载流子。

因此，导体载流子的浓度很大。

（2）对绝缘体和半导体：

它的电子大多数都处于价带，不能自由移动。

但在热、光等外界因素的作用下，可以使少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上去成为载流子。

绝缘体和半导体的区别主要是禁带宽度不同。

半导体的禁带很窄，绝缘体的禁带宽一些，电子的跃迁困难得多。

因此，绝缘体的载流子的浓度很小。

导电性能很弱。

实际绝缘体里，导带里的电子不是没有，并且总有一些电子会从价带跃迁到导带，但数量极少。

所以，在一般情况下，可以忽略在外场作用下它们移动所形成的电流。

3．试定性分析Si的电阻率与温度的变化关系。

解：

Si的电阻率与温度的变化关系可以分为三个阶段：

（1）温度很低时，电阻率随温度升高而降低。

因为这时本征激发极弱，可以

忽略；载流子主要来源于杂质电离，随着温度升高，载流子浓度逐步增加，相应

地电离杂质散射也随之增加，从而使得迁移率随温度升高而增大，导致电阻率随

温度升高而降低。

（2）温度进一步增加（含室温），电阻率随温度升高而升高。

在这一温度范围

内，杂质已经全部电离，同时本征激发尚不明显，故载流子浓度基本没有变化。

对散射起主要作用的是晶格散射，迁移率随温度升高而降低，导致电阻率随温度

升高而升高。

（3）温度再进一步增加，电阻率随温度升高而降低。

这时本征激发越来越多，

虽然迁移率随温度升高而降低，但是本征载流子增加很快，其影响大大超过了迁

移率降低对电阻率的影响，导致电阻率随温度升高而降低。

当然，温度超过器件

的最高工作温度时，器件已经不能正常工作了。

4.电子有效质量的意义是什么？

它与能带有什么关系？

答：

有效质量概括了晶体中电子的质量以及内部周期势场对电子的作用，引入有效质量后，晶体中电子的运动可用类似于自由电子运动来描述。

有效质量与电子所处的状态有关，与能带结构有关：

（1）、有效质量反比于能谱曲线的曲率：

（2）、有效质量是k的函数，在能带底附近为正值，能带顶附近为负值。

 （3）、具有方向性——沿晶体不同方向的有效质量不同。

只有当等能面是球面时，有效质量各向同性。

5，金属与半导体接触时扩散理论和热电子发射理论分别适用条件，以及外界电压和温度对其影响如何：

1，反向厚阻挡层和反向薄阻挡层2，不知道，总不能考100是吧

6.金属与半导体接触如何实现欧姆接触？

在不考虑表面态的时候，重掺杂的pn结可以产生显著的隧道电流。

金属和半导体接触时，如果半导体掺杂浓度很高，则势垒区宽度很薄，电子也要通过隧道效应贯穿势垒产生相当大的隧道电流，甚至超过热电子发射电流而成为电流的主要成分。

当隧道电流占主导地位时，它的接触电阻可以很小，可以用作欧姆接触。

所以，当半导体重掺杂时，它与金属的接触可以形成接近理想的欧姆接触。

7 请定性画出MIS（半导体为p型）结构中当VG》0时的能带图，并给予简要解释

对于P性半导体，当加于金属和半导体间的正向电压达到一定值时，表面势Vs为正值，表面处能带强烈地向下歪曲。

这时表面处费米能级位置可能高于禁带中间能级Ei，也就是Ef离Ec比例Ei还要更近一些，这意味着表面处电子浓度将超过空穴浓度，即形成与原来半导体衬底导电类型相反的一层，称作反型层。

在这种情况下，半导体空间电荷层内的负电荷由两部分组成，一部分是耗尽层中已电离的受主负电荷，另一部分是反型层中的电子，后者主要堆积在近表面区。

1、简述pn结的反向击穿种类及其机理

（1）雪崩击穿：

当反向电压较高时，结内电场很强，使得在结内作漂移运动的少数载流子获得很大的动能。

当它与结内原子发生直接碰撞时，将原子电离，产生新的“电子一空穴对”。

这些新的“电子一空穴对”，又被强电场加速再去碰撞其他原子，产生更多的“电子一空穴对”。

如此链锁反应，使结内载流子数目剧增，并在反向电压作用下作漂移运动，形成很大的反向电流。

这种击穿称为雪崩击穿。

（2）隧道击穿：

齐纳击穿通常发生在掺杂浓度很高的PN结内。

由于掺杂浓度很高，PN结很窄，这样即使施加较小的反向电压，结层中的电场却很强。

在强电场作用下，会强行促使PN结内原子的价电子从共价键中拉出来，形成“电子一空穴对”，从而产生大量的载流子。

（3）热电击穿：

当pn结上施加反向电压时，流过pn结的反向电流要引起损耗。

反向电压逐渐增大时，对应于一定的反向电流所损耗的功率也增大，这将产生大量热能。

如果没有良好的散热条件使这些热能及时传递出去，则将引起结温上升。

随着结温上升，反向饱和电流密度也迅速上升，产生的热能也迅速增大，进而又导致结温上升，反向饱和电流密度增大。

如此反复循环下去，最后使

无限增大而发生击穿。

这种由于热不稳定性引起的击穿，称为热电击穿。

9为什么肖特基二极管反向电流偏离理想情况大，与外加电压和掺杂浓度有什么关系？

半导体和金属接触时，考虑镜像力的作用后，电势能会在

出现极大值，并且会使势垒顶向内移动，引起势垒的降低。

镜像力所引起的势垒降低量随反向电压的增加而缓慢地增大。

当反向电压较高时，势垒的降低变得明显，镜像力的作用变得明显，

也随反向电压增加而增加，不再饱和；考虑隧道效应的影响可简化为对于一定能量的电子，存在一个临界势垒厚度

。

若势垒厚度大于

，电子完全不能传过势垒。

如果势垒厚度小于

，电子可以直接通过它，也即势垒高度降低了。

隧道效应引起的势垒降低随方向电压增加而增大，当反向电压较高时，势垒降低才明显。

镜像力和隧道效应对方向特性的影响特别显著，他们引起势垒高度的降低，使方向电流增加，而且随反向电压的提高增加的更多。

在高掺杂浓度的情况下，因势垒区宽度很小，反向电压较大时，破坏了势垒区内共价键结构，使价电子脱离共价键束缚，产生电子-空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。

如果掺杂浓度较低，势垒区宽度较宽，不容易产生齐纳击穿。

以n型半导体与金属接触为例，简述热电子发射理论和扩散理论使用范围

扩散理论

①、扩散理论是适用于厚阻挡层的理论，即ndl；

②、势垒区是耗尽区

③、半导体是非简并的

热电子发射理论

热电子发射理论的基本前提：

1、热电子发射理论适用于薄阻挡层，nl>>d

2、势垒高度>>kT03、非简并半导体

热电子发射理论就是计算超越势垒的载流子数目，从而求出电流密度的理论。

这就是热电子发射理

论的基本思想。