半导体器件物理 复习纲领

第一章

1试画出金属及半导体相对真空能级的能带图，并标出有关电势符号加以说明？ 2当金属－半导体紧密接触以后，如何建立统一的费米能级Ef？ 说明Фb＝Φm－Χ

s

的物

3说明公式qΦs＝qΧs＋q（Ec－Ef）的物理意义？

4什么是“肖特基势垒”？写出其表达式？它是对什么区域电子而言？ 5金属－半导体结的正偏如何？

6金属－半导体结的反偏特性如何？

7肖特基势垒qΦb是金半结什么偏置下建立的？ 8金半的1/c～(VR+Φ0)曲线是什么原理制作？ 9金半1/c～V曲线有何应用？

10什么是界面态？

11表面态对E0Ef时对金半自建场有何影响？ 12试简述金半I－V的电流输运理论？

13从热电子发射出发说明dn=N(c)·f(E)·dE的物理意义？

14试简述热电子发射理论求得的电流方程式I0=ARTexp(-ｑΦm/KT)是如何建立的？ 15有金属－真空系统推倒的电流公式可用于M－S结吗？ 16写出金半的正偏、反偏及总的电流表达式？ 17如何从S－M结上的I－V特性曲线求I0及Φb? 18什么是镜像力？它对电势有何影响？

19在M－S结中镜像力对金属的势垒有何影响？

20在M－S结的反偏时，其实际值与理论值差异是如何形成的？写出修正式？ 21试画出MIS结的能带图，并说明MIS对半导体势垒的影响？ 22MIS二极管的传导电流何种特性？写出其电流表达式？ 23MIS的氧化层对载流子有何影响？

24什么是SBD二极管？有何特点？举例IC及高频方面的应用？ 25什么是欧姆接触（非整流的MS结）？

26画出N型半导体或P型半导体形成欧姆接触能带图，并作说明。 27为什么说实际欧姆接触仅是一种近似？电流机制是什么？ 28获得良好的欧姆接触的工艺措施是什么？ 29SBD二极管“周边效应”有何影响？ 30SBD二极管的改进结构如何？ 31什么是异质结？

第二章

1什么是PN结？什么是平衡PN结？

2画出平衡PN结的能带图，并说明PN结平衡的标志是什么？ 3平衡结的空间电荷区是如何建立的，作图说明。 4作图说明PN结空间电荷区中的电荷分布情况。 5泊松方程是描述什么情况？

6PN结P型中性区和N型中性区中的电势表达式如何？

7试推导平衡PN结的自建电势ψ0表达式。

8什么叫单边突变结？什么样的结可作单边突变结近似？

9何为“耗尽近似”？写出“耗尽近似”下的PN结中性区的泊松方程。

2

2

2

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10试证明单边突变结的势垒区最大电场式。

11试证明单边结势垒区的电子电势能表达式。 12是非平衡结？

13线性缓变结有和特点？写出电荷分布式及电势表达式。 14试作图说明外加电压对费米能级的影响。 15非平衡PN结中准费米能级分裂说明什么问题？ 16PN结正偏于反偏对势垒区电场有何影响？ 17试写出平衡结边界上少子浓度表达式。

18证明非平衡结正偏小注入条件下少子浓度表达式。 19画出正偏PN结少子注入分布图象并作说明。 什么是正偏（小注入）的扩散近似？

21试从“扩散近似”推导正偏时，空穴和电子的扩散方程。 22试从空穴（少子）的扩散方程推导正偏下的空穴电流式。 23推导电流公式时采用了哪些假设条件？

24PN结的电流是如何满足电流的连续性原理的？

25PN结的电流中少子电流于多子电流是如何转换的？ 26试画出PN电流的分布图象（包括少子与多子的电流）？ 27试画出PN结的I—V曲线，并从电流式进行说明？ 28在正偏PN结中，可出现PN>ni有何影响？ 29势垒区的复合最大速率在什么情况下产生？ 30试推出PN势垒区复合电流式：Irec=IRev/2Vt.

31试从PN结正偏电压大小(即电流水平高低)分析I—V曲线. 32在反偏PN结中,可出现PN?n2i 33重掺杂的PN结PN结能带有何影响? 34隧道结的高掺杂区的杂质浓度在什么水平? 35试说明隧道二极管的I—V曲线特征是什么? 36图为隧道二极管I—V曲线,试分别说明图中 A----G各点原因是什么?(画能带图) 37隧道管中负阻现象产生原因? 38写出电流式,说明式中各项原因? 39PN势垒电容的含义是什么?

40写出势垒电容C与Nd及VR关系的表达式？ 41试推导N(W)~dv/d(1/c2)关系式 42如何利用1c2~V曲线求杂质分布？ 43如何利用1W~C关系求势垒宽度W？

44如何利用

VN~xj曲线求C

Bc45变容二极管有何特征？

46什么是PN结击穿？PN结击穿时均发生烧毁吗？

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47试说明PN结的“齐纳击穿”机理？

48什么是PN结的血崩击穿？

49反偏PN结中载流子“倍增效因”是什么意思？ 50“电离率”如何定义？

51“雪崩击穿”与“齐纳击穿”有何区别？ 52试推导I?1?I0?IGW?0??x?dx。

53写出PN结的雪崩击穿和掺杂浓度或杂质梯度的关系式，并说明改善的措施是什么？ 54PN结的结面形状影响雪崩击穿Vb吗？为什么？ 55什么是穿通电压？ 第三章

1半导体的光吸收有几种类型？与光电器件有关的吸收属什么类型？ 2什么是“本征吸收”，作图说明？ 3什么是“直接跃迁”与“间接跃迁”？作图说明？

4吸收的光子能量如何确定？为什么说本征吸收是一种“连续吸收谱”？ 5本征吸收的α～λ谱有何特征？

6什么是光通量？光吸收与光通量有何关系？

7试写出x＝x‘，x＝0，x＝d三个位置光吸收式？并说明其物理意义？ 8简述光生伏特效应的过程？

9光电池的开路电压是怎样产生的？

10试画出光生伏特效应过程的能带图？

11光照能使PN结的平衡Ef发生变化吗？为什么？ 12试说明光伏效应的光电流及结电流？

13在恒定光照下，二极管（PN结）电流表达式如何？ 14在太阳电池材料均匀吸收情况下光电流式如何（证明）？ 15试推导太阳电池的开路电压表达式。

16太阳电池的输出功率与衬底浓度有关吗？有何关系？ 17从太阳电池的IV曲线说明“短路电流”、“开路电压”，最大输出功率矩形对应的Imp和

Vmp？ 18太阳电池的光子吸收效率与什么有关？ 19写出光生少子的连续性方程式？ 20影响光子吸收效率的因素有那些？ 21太阳电池串联电阻影响如何改进？ 22太阳电池一般为什么采用Si式GaAs？ 23表面反射比与抗反射层设计如何？ 24MIS电池有何特点？其电流机制如何？

25什么是电致发光？并说明PN结电致发光的过程？（用能带图） 26写出电流注入效应表达式，并说明各项含义？ 27为什么在电流注入效率式中，分子仅为In？

28为什么对电致发光有主要贡献的是电子扩散电流？ 29电注入少子的复合途径有那些？写出其复合速率式？ 30试用能带图表示复合途径，并说明那些有辐射作用？ 31什么是辐射效率？写出其表达式？

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32什么是内量子效应？与那些因素有关？ 33什么是外量子效应？与那些因素有关？ 34提高ηest的主要办法有那些？为什么？ 35发光管设计中对结深xj有何要求？

36发光管设计中对P区杂质浓度有何要求？

37对LED表面保护层设计有何要求？GaAs的LED采用何种窗口材料？ 38LED的发光强度与窗口材料的α值有何关系？ 39写出LED的亮度表达式？说明各项意义？ 40LED的衬底材料对LED有影响吗？举例说明？ 第四章 结型场效应晶体管（思考题）

1结型场效应晶体管结构如何？与晶体管有何区别？

2试从JFET和PNP二种晶体管特性曲线说明二者主要区别是什么？（为什么说JEFT是电压控制器件?）

3试分别说明JEFT的漏电压和栅电压对沟道的调制作用如何？ 4什么是JEFT的夹断电压？

5右图为VGS＝0的I-V曲线，试分别说明OA,AB,BC三段曲线。 6试说明JEFT的工作原理。 7什么是“渐近沟道近似”？ 8JEFT的电流式如何求得的？

9在讨论JEFT在线性区工作的I-V关系时，考虑到什么近似条件？ 10写出线性区的I-V关系式，并作说明。

11写出夹断点的电压关系式，并说明夹断点电压的不同。 12什么是JEFT的“转移特性”？

13写出饱和区的饱和电流简化式，并作说明。

14由简化饱和电流式对应的“转移特性”有什么特点？ 15试说明三个参数：Rin;Vb;R0和Rs. 16什么是沟道长度调制效应？

17JEFT的饱和区电流在实际上并不饱和，为什么？

18作图说明：VD↗---ΔL---L’――G0’――ID↗（饱和区），并说明夹断后饱和电流如何修正？

19什么是JFET的跨导？gm标志什么？ 20漏源沟道电阻标志是什么？

21写出饱和跨导式？

22为什么JFET可做电压控制的可变电阻？ 23试画出JFET的小信号等效电路，并作说明？ 24JFET的截止频率如何定义？ 25试推导fco＝gm/2πCG？

26为什么短沟道的JFET工作频率高？

第五章

1MOS晶体管基本结构如何？为什么分增强型与耗尽型？ 2试说明N沟MOS晶体管的工作原理？ 3为简化讨论，理想MOS的假设包括那些？

4外加电压在MOS三层结构中分布如何？作图说明？

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5外加电压在深入半导体表面层产生的电场有何影响？

6什么情况属于半导体表面的载流子积累态？（从浓度公式说明） 7发生积累态时，半导体能带如何？

8什么情况属于半导体表面的载流子耗尽态？ 9发生耗尽态时，半导体能带如何？

10什么情况属于半导体表面的载流子反型态？ 11发生反型态时，半导体能带如何？

12为什么我们对反型层更有兴趣研究？

13什么是感生PN结？它与MOS管有何关系？ 14什么是弱反型及强反型？强反型条件是什么？ 15试说明强反型的“临界条件”为什么是ΨSi＝2Φf？ 16强反型时空间电荷区如何？（Xdm）

17为什么说强反型后，电荷QI为外加栅电压的函数？ 18MOS电容器为什么说比较复杂？

19在理想的MOS结构中，推导下式：VG＝－QS/C0＋ΨS

20从MOS结构的等效电路推导MOS电容：CMOS＝C0CS/（C0＋CS） 21在MOS结构的MOS电容式中如何体现C－VG关系？（即CS～ΨS关系） 22在MOS电容式中，Cs有几种情况？

23表达C－VG关系的曲线有何特点？（指不同频率条件实验曲线） 24试说明半导体表面在积累态时C－V曲线？ 25试说明半导体表面在耗尽态时C－V曲线？ 26试说明半导体表面在强反型态时C－V曲线？ 27试说明MOS的C－V曲线在VG＝0时情况？ 28理想MOS晶体管的阈值电压如何？

29试说明MOS管的沟道电导与栅压之间关系？ 30理想MOS管的“平带”条件是什么？

31金半功函数差对MOS结构的C－V曲线有何影响？

32MOS结构中金半功函数为什么可看作“寄生电场”？ 33MOS的绝缘栅（SiO2）中有那些正电荷？

34MOS的绝缘栅（SiO2）中的正电荷对MOS的C－V曲线有何影响？

35当功函数差及SiO2中正电荷两因素同时对MOS的C－V曲线影响，如何反应在“平带电压”上？

36若要MOS在开启之前呈强反型，栅上应加什么电压？ 37理想MOS结构的阈值电压物理意义是什么？ 38非理想MOS结构的阈值电压物理意义是什么？ 39非理想MOS结构的阈值电压表达式如何？

40试比较MOS管与JFET两者之间在结构上有何相似之处？ 41试说明MOS管与JFET两者之间在结构上有何不同？ 42试说明MOS管与JFET两者在I－V曲线上有何相似？ 43试说明MOS管与JFET两者在I－V曲线上有何不同？ 44对于JFET的“内夹断电压”，说明MOS的夹断电压？ 45MOS管的开启电压是指什么？

46试用MOS管图解说明VTH作用？（分理想与实际） 47在SiO2中有那些正电荷？

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48 SiO2中可动离子来源何处？其漂移速度与什么因素有关？

49Na＋

离子漂移对C－V曲线有何影响？ 50如何消除玷污影响？什么是B－T实验？

51 SiO2中离子Si（固定表面电荷）有什么特征？（100）面上密度如何？ 52固定表面电荷对C－V曲线有何影响？如何降低Qfc？ 53什么是快界面态？其分布如何？如何降低其密度？ 54晶体取向界面态密度有何影响？

55试画出MOSFET剖面图，并表明位置及各电压？ 56 MOS的沟道区存在那些电场？

57写出沟道内εx作用，沟区电荷式及εx和εy共同作用的沟区电荷式？ 58试推导MOS线性区电流表达式I?Z?pc0?NL??12???VG?Vm?2VD? ?59何为“渐近沟道近似”它应用于何处？ 60若沟区压降为V，写出耗尽区电荷表达式？ 61为什么说前节推导的电流式是简化式？

62 MOS非简化电流式与简化式有何不同？

63画出MOS简化和非简化电流的I－V曲线，并比较两曲线？ 64试画出饱和的MOSFET剖面图，表明夹断情况？ 65MOS的电流饱和条件是什么？写出饱和区电流式？ 66从VD～ID关系讨论饱和区电流。

67从MOS有效沟长调制说明IDS随VDS增加而增大原因？ 68写出存在“沟长调制”时的饱和区电流式？ 69MOS饱和态时ΔL受那些因素影响？

70MOS在夹断之后，漏沟之间的电容耦合作用是指什么？ 71MOS的小信号导纳如何定义？写出表达式？ 72试说明MOS的gd～VG曲线？

73MOS的gd～VG是线性吗？

74为什么说MOS可做电压控制的可变电阻？ 75 MOS的跨导如何定义？写出表达式？

76试画出MOS的跨导与电压的关系式？

77试画出MOS源与衬底接地的等效电路及衬底不接地时等效电路？ 78试推导MOS截止频率表达式？

79提高MOS截止频率的办法是什么？

80MOS的衬底反偏电压VBS降落在何处？对该区电荷有何影响？

81MOS的衬底偏压VBS对VTH有何影响？并gd～VG用关系式表达此影响情况？82试画出N沟MOS铝栅工艺剖面图及俯视图，并标出沟道的Z和L及X。 83减小N沟铝栅MOS沟道漏电的主要办法是什么？ 84什么是MNOS工艺？

85什么是硅栅工艺？其与铝栅工艺主要区别是什么？ 86硅栅工艺最主要特点是什么？

87什么是离子注入工艺？有何特点？

88什么是SOS工艺？画出SOS工艺MOS管剖面示意图？ 5－7思考题

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1试说明双极管结构特点？

2试从双极管简化模型说明其偏置情况？ 3正常工作偏置对双极管能带有何影响？ 4试画出正常偏置时能带情况？

5试说明双极管的“注入效应”与“收集效应“？ 6双极管中注入与收集同时起作用的条件是如何？ 7双极管中α与β何意义？ 8试说明双极管共发特性？ 9双极管中β与IC有何关系？

10从双极与MOS对比说明为何双极是电流器件，MOS是电压器件？ 11双极的IB与MOS的VG作用有何不同？

12双极的VCE与MOS的VDS作用相同吗？为什么？

13当晶体管作开关作用时，试画图说明双极与MOS输出特性曲线及工作点？14在开关工作时，双极与MOS有何相同之处？ 15在开关工作时，双极与MOS有何不同之处？

器件物理思考题

第六章

1．什么是PN结？什么是平衡PN结？

2．画出平衡PN结的能带图，并说明PN结平衡的标志是什么？ 3．平衡结的空间电荷区是如何建立的，作图说明。 4．作图说明PN结空间电荷区中的电荷分布情况。 7．试推导平衡PN结的自建电势?V0表达式。 8．什么叫单边突变结？

10．试证明单边突变结的势垒区最大电场式。 11．什么是非平衡结？

12．试作图说明外加电压对费米能级的影响。 13．PN结正偏与反偏对势垒区电场有何影响？ 14．试写出平衡结边界上少子浓度表达式。

15．非平衡结正偏小注入条件下少子浓度表达式。

16什么是正偏（小注入）的扩散近似？ 17．试从“扩散近似”，推导正偏时空穴和电子的扩散方程。 18．试从空穴（少子）的扩散方程推导正偏下的空穴电流式。 19．推导电流公式时采用了哪些假设条件？

21．PN结的电流中少子电流与多子电流是如何转换的？

22．试画出PN电流的分布图象（包括少子与多子的电流）？ 23．试画出PN结的I-V曲线，并从电流式进行说明？ 24．在正偏PN结中，可出现PN>ni有何影响？ 25．势垒区的复合最大速率在什么情况下产生？ 26．在反偏PN结中，可出现pn?n2i

第七章

1．半导体的光吸收有几种类型？与光电器件有关的吸收属什么类型？

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2．什么是“本征吸收”，作图说明？

3．什么是“直接跃迁”与“间接跃迁”？作图说明？ 4．吸收的光子能量如何确定？

5．什么是光通量？光吸收与光通量有何关系？ 6．简述光生伏特效应的过程？

7．光电池的开路电压是怎样产生的？

8．光照能使PN结的平衡Ef发生变化吗？为什么？ 9．试说明光伏效应的光电流及结电流？

10．在恒定光照下，二极管（PN结）电流表达式如何？ 11．在太阳电池材料均匀吸收情况下光电流式如何？ 12．试推导太阳电池的开路电压表达式。

13．太阳电池的输出功率与衬底浓度有关吗？有何关系？

14．从太阳电池的IV曲线说明“短路电流”、“开路电压”，最大输出功率矩形对应的Imp和Vmp？

15．太阳电池的光子吸收效率与什么有关？ 16．太阳电池一般为什么采用Si式GaAs？

17．什么是电致发光？并说明PN结电致发光的过程？（用能带图） 18．写出电流注入效应表达式，并说明各项含义？

19．为什么对电致发光有主要贡献的是电子扩散电流？ 20．试用能带图表示复合途径，并说明那些有辐射作用？ 21．什么是辐射效率？写出其表达式？ 22．什么是内量子效应？与那些因素有关？ 23．什么是外量子效应？与那些因素有关？ 24．提高ηest的主要办法有那些？为什么？ 25．发光管设计中对结深xj有何要求？

26．发光管设计中对P区杂质浓度有何要求？

27．对LED表面保护层设计有何要求？GaAs的LED采用何种窗口材料？ 28．LED的衬底材料对LED有影响吗？举例说明？

29．试画出金属及半导体相对真空能级的能带图，并标出有关电势符号加以说明？ 30．当金属－半导体紧密接触以后，如何建立统一的费米能级Ef？ 31．说明Фb＝Φm－Χ

s

的物

32．什么是“肖特基势垒”？写出其表达式？ 33．金属－半导体结的正偏如何？ 34．金属－半导体结的反偏特性如何？ 35．试简述金-半I-V的电流输运理论？ 36．什么是欧姆接触（非整流的MS结）？

37．画出N型半导体或P型半导体形成欧姆接触能带图，并作说明。 38．获得良好的欧姆接触的工艺措施是什么？ 39．PN势垒电容的含义是什么?

40写出势垒电容C与Nd及VR关系的表达式？ 41．如何利用

1C2~V曲线求杂质分布？

42．变容二极管有何特征？

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43．什么是PN结击穿？PN结击穿时均发生烧毁吗？ 44．试说明PN结的“齐纳击穿”机理？ 45．什么是PN结的雪崩击穿？

46．反偏PN结中载流子“倍增效因”是什么意思？ 47．“电离率”如何定义？ 48．“雪崩击穿”与“齐纳击穿”有何区别？ 49．什么是穿通电压？ 50．什么是异质结？

第八章

1．试说明双极管结构特点？

2．正常工作偏置对双极管能带有何影响？

3．试画出正常偏置时能带情况？

4．试说明双极管的“注入效应”与“收集效应“？ 5．双极管中注入与收集同时起作用的条件是如何？ 6．双极管中α与β何意义？

7．双极管中β与IC有何关系？

8．从双极与MOS对比说明为何双极是电流器件，MOS是电压器件？ 9．双极的IB与MOS的VG作用有何不同？

10．双极的VCE与MOS的VDS作用相同吗？为什么？

11．当晶体管作开关作用时，试画图说明双极与MOS输出特性曲线及工作点？ 12．在开关工作时，双极与MOS有何相同之处？ 13．在开关工作时，双极与MOS有何不同之处？

第十章

1．结型场效应晶体管结构如何？与晶体管有何区别？

2．试从JFET和PNP二种晶体管特性曲线说明二者主要区别是什么？（为什么说JEFT是电压控制器件?）

3．试分别说明JEFT的漏电压和栅电压对沟道的调制作用如何？ 4．什么是JEFT的夹断电压？ 5．试说明JEFT的工作原理。 6．JEFT的电流式如何求得的？

7．写出线性区的I-V关系式，并作说明。

8．写出夹断点的电压关系式，并说明夹断点电压的不同。 9．写出饱和区的饱和电流简化式，并作说明。

10．JEFT的饱和区电流在实际上并不饱和，为什么？ 11．MOS晶体管基本结构如何？为什么分增强型与耗尽型？ 12．试说明N沟MOS晶体管的工作原理？ 13．为简化讨论，理想MOS的假设包括那些？

14．外加电压在MOS三层结构中分布如何？作图说明？ 15．外加电压在深入半导体表面层产生的电场有何影响？

16．什么情况属于半导体表面的载流子积累态？（从浓度公式说明） 17．发生积累态时，半导体能带如何？

18．什么情况属于半导体表面的载流子耗尽态？

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19．发生耗尽态时，半导体能带如何？

20．什么情况属于半导体表面的载流子反型态？ 21．发生反型态时，半导体能带如何？ 22．为什么我们对反型层更有兴趣研究？

23．试说明强反型的“临界条件”为什么是ΨSi＝2Φf？ 24．强反型时空间电荷区如何？（Wdm）

25．为什么说强反型后，电荷QI为外加栅电压的函数？ 26．在理想的MOS结构中，推导下式：VG＝－QS/C0＋VS 27．在MOS电容式中，Cs有几种情况？ 28．试说明半导体表面在积累态时C-V曲线？ 29．试说明半导体表面在耗尽态时C-V曲线？ 30．试说明半导体表面在强反型态时C-V曲线？ 31．试说明MOS的C-V曲线在VG＝0时情况？ 32．理想MOS晶体管的阈值电压如何？

33．试说明MOS管的沟道电导与栅压之间关系？ 34．理想MOS管的“平带”条件是什么？

35．金半功函数差对MOS结构的C-V曲线有何影响？

36．MOS的绝缘栅（SiO2）中的正电荷对MOS的C-V曲线有何影响？

37．当功函数差及SiO2中正电荷两因素同时对MOS的C-V曲线影响，如何反应在“平带电压”上？

38．若要MOS在开启之前呈强反型，栅上应加什么电压？ 39．理想MOS结构的阈值电压物理意义是什么？ 40．非理想MOS结构的阈值电压物理意义是什么？ 41．非理想MOS结构的阈值电压表达式如何？

42．试比较MOS管与JFET两者之间在结构上有何相似之处？ 43．试说明MOS管与JFET两者之间在结构上有何不同？ 44．试说明MOS管与JFET两者在I-V曲线上有何相似？ 43试说明MOS管与JFET两者在I-V曲线上有何不同？ 44．MOS管的开启电压是指什么？

45．试画出MOSFET剖面图，并表明位置及各电压？

46． MOS的沟道区存在那些电场？

47．写出沟道内εx作用，沟区电荷式及εx和εy共同作用的沟区电荷式？ 48．试推导MOS线性区电流表达式Ip?c049．何为“渐近沟道近似”它应用于何处？ 50．若沟区压降为V，写出耗尽区电荷表达式？ 51．为什么说前节推导的电流式是简化式？ 52． MOS非简化电流式与简化式有何不同？

53．MOS的电流饱和条件是什么？写出饱和区电流式？ 54．从VD～ID关系讨论饱和区电流。

55．从MOS有效沟长调制说明IDS随VDS增加而增大原因？ 56．MOS饱和态时ΔL受那些因素影响？

57．MOS的小信号导纳如何定义？写出表达式？

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