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半导体物理器件第三章

第三章

3–1．（a ）画出PNP 晶体管在平衡时以及在正向有源工作模式下的能带图。

（b ）画出晶体管的示意图并表示出所有的电流成分，写出各极电流表达式。（c ）画出发射区、基区、集电区少子分布示意图。 3–2．考虑一个NPN 硅晶体管，具有这样一些参数：m x B μ2=，在均匀掺杂基区

231601.0,1,105cm A s cm N n a ==?=-μτ。若集电结被反向偏置，mA I nE 1=，计算

在发射结基区一边的过量电子密度、发射结电压以及基区输运因子。

3–3．在3–2的晶体管中，假设发射极的掺杂浓度为3

1810-cm ，m x E μ2=，ns pE 10=τ，

发射结空间电荷区中，s μτ1.00=。计算在mA I nE 1=时的发射效率和FE h 。 3–4．一PNP 晶体管具有以下规格：发射区面积=1平方密耳，基区面积=10平方密耳，发

射区宽度= m μ2，基区宽度= m μ1，发射区薄层电阻为/

2Ω

/200Ω集电极电阻率=0.3.cm Ω，发射区空穴寿命=ns 1，基区电子寿命=100ns ，

假设发射极的复合电流为常数并等于A μ1。还假设为突变结和均匀掺杂。计算

A I E μ10=、mA mA mA A 100101100、、、μ以及A 1时的FE h 。用半对数坐标画出曲线。

中间电流范围的控制因素是什么？

3-5．（a ）根据式（3-19）或式（3-20），证明对于任意的

L x 值公式（3-41）和（3-43）

变成

21121221222coth csc coth pE n B i a n n dE E n i B

a n n pC n B i

a n n dc pc D D x a qAn N L L N x qAD n x

a a h N L L D D x a qAn N L L N x ??

??=-+??

?????==????

=--+

?? ???????

（b ）证明，若n

L x <<1,（a ）中的表达式约化为（3－41）和（3－43）。

3–6．证明在有源区晶体管发射极电流–电压特性可用下式表示

F E E I I αα-≈

10T E V V e /+

2τE i W qAn T

E V V e /，其中0E I 为集电极开路时发射结反向饱和电

流。提示：首先由EM 方程导出R

F E F I I αα-=

100。

3–7．（a ）忽略空间电荷区的复合电流，证明晶体管共发射极输出特性的精确表达式为 -V )1()1()1()1(ln 00R C B R F F F C B F R F R T CE I I I I I I V ααααααα-++---+-=+F

R T V αα

提示：首先求出用电流表示结电压的显示解。

（b ）若I B >>I 0E 且)1(0R F R B F I I ααα->>，证明上式化为

1/ln

1/R C B FER

CE T C B FEF

I I h V V I I h α+=-，其中.1,1R R FER F F FEF h h αααα-=-=

3-8．一个用离子注入制造的NPN 晶体管，其中性区内浅杂质浓度为()0x

a N x N e

=，

中18

02100.3N cm l m μ-=?=，。

（a ）求宽度为0.8m μ的中性区内单位面积的杂质总量；（b ）求出中性区内的平均杂质浓度；

（c ）若1932

1101/pE dE pE L m N cm cm s μ-===，，D ，基区内少子平均寿命为6

10s -，

基区的平均扩散系数和（b ）中的杂质浓度相应，求共发射极电流增益。 3–9．若在式T E B

V V x a i n n e dx

N n qAD I ?

中假设n C I I =，则可在集电极电流I c ~E V 曲线计算出根

梅尔数。求出图3—12中晶体管中的根梅尔数。采用s cm D n /352

=、2

1.0cm A =以

及3

15105.1-?=cm n i 。

3–10．（a ）证明对于均匀掺杂的基区，式??-=B

x x x

a n

T dx dx N

N L 0

)1(1

1β简化为

2211n

T L x -=β （b ）若基区杂质为指数分布，即B

x x a e N N α-=0，推导出基区输运因子的表示式。若

基区杂质分布为0x L

a N N e

-=，推导出基区输运因子的表达式。

3-11．基区直流扩展电阻对集电极电流的影响可表示为

()0exp /c E B bb T I I V I r V '=-????，用公式以及示于图3－12的数据估算出bb r '

3-12．（a ）推导出均匀掺杂基区晶体管的基区渡越时间表达式。假设B n x L 〈〈1。（b ）若基区杂质分布为0B

ax x a N N e

-=，重复（a ）

3-13．考虑晶体管具有示于图3－16的杂质分布，令发射极和基极面积相等（10平方密尔）

且0sc r =，发射极电流2mA ，集电结的反偏电压为10V ，计算在300K 时截止频率

αω。

3-14．若实际晶体管的基极电流增益为0αα=e

ωω/jm /(1+j αω/αω)，证明

0/T m

αωωα=（1+），式中T ω是共发射极电流增益模量为1时的频率。 3-15．（a ）求出图3－23中输出短路时0i I I 的表达式。

（b ）求出βω，它相应于0i I I 的数值下降到3dB 的情况。（c ）推导式（3－85）

3-16．.若图3－23中2105010c c FE I mA V V h A ====，，，平方密耳突变结，估算晶体管的复合π模型参数。

3-17．证明平面型双扩散晶体管的穿透电压可用下式表示：

02B x dC qG G BV x k N ??

+ ?∈??

式中G 为根梅尔数。

3-18．用两个晶体管模拟SCR 的方法导出阳极电流做栅电流的表示式。

3-19．负的栅电流可以关断小面积的SCR ，关断增益定义为A G I I ，其中I A 为阳极导通电

流，I G 为关断器件所需的最小栅电流。

西安电子科技大学2018考研大纲：半导体物理与器件物理.doc

西安电子科技大学2018考研大纲：半导体物理与器件物出国留学考研网为大家提供西安电子科技大学2018考研大纲：801半导体物理与器件物理基础，更多考研资讯请关注我们网站的更新! 西安电子科技大学2018考研大纲：801半导体物理与器件物理基础 “半导体物理与器件物理”(801) 一、总体要求 “半导体物理与器件物理”(801)由半导体物理、半导体器件物理二部分组成，半导体物理占60%(90分)、器件物理占40%(60分)。 “半导体物理”要求学生熟练掌握半导体的相关基础理论，了解半导体性质以及受外界因素的影响及其变化规律。重点掌握半导体中的电子状态和带、半导体中的杂质和缺陷能级、半导体中载流子的统计分布、半导体的导电性、半导体中的非平衡载流子等相关知识、基本概念及相关理论，掌握半导体中载流子浓度计算、电阻(导)率计算以及运用连续性方程解决载流子浓度随时间或位置的变化及其分布规律等。 “器件物理”要求学生掌握MOSFET器件物理的基本理

论和基本的分析方法，使学生具备基本的器件分析、求解、应用能力。要求掌握MOS基本结构和电容电压特性;MESFET器件的基本工作原理;MOSFET器件的频率特性;MOSFET器件中的非理想效应;MOSFET器件按比例缩小理论;阈值电压的影响因素;MOSFET的击穿特性;掌握器件特性的基本分析方法。 “半导体物理与器件物理”(801)研究生入学考试是所学知识的总结性考试，考试水平应达到或超过本科专业相应的课程要求水平。二、各部分复习要点 ●“半导体物理”部分各章复习要点 (一)半导体中的电子状态 1.复习内容半导体晶体结构与化学键性质，半导体中电子状态与能带，电子的运动与有效质量，空穴，回旋共振，元素半导体和典型化合物半导体的能带结构。 2.具体要求半导体中的电子状态和能带半导体中电子的运动和有效质量本征半导体的导电机构

半导体物理学(第7版)第三章习题和答案

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF 第三章习题和答案 1. 计算能量在E=E c 到2 *n 2 C L 2m 100E E π+= 之间单位体积中的量子态数。解： 2. 试证明实际硅、锗中导带底附近状态密度公式为式（3-6）。 3 22 233*28100E 21 23 3 *22100E 002 1 233*231000L 8100)(3 222)(22)(1Z V Z Z )(Z )(22)(23 22 C 22 C L E m h E E E m V dE E E m V dE E g V d dE E g d E E m V E g c n c C n l m h E C n l m E C n n c n c πππππ= +-=-== = =-=*+ + ? ?** ）（）（单位体积内的量子态数）（) (21)(,)"(2)()(,)(,)()(2~.2'21 3'' ''''2'21'21'21' 2 2222 22C a a l t t z y x a c c z l a z y t a y x t a x z t y x C C e E E m h k V m m m m k g k k k k k m h E k E k m m k k m m k k m m k ml k m k k h E k E K IC E G si -=??? ? ??+?=+++====+++=* ****系中的态密度在等能面仍为球形等能面系中在则：令）（关系为）（半导体的、证明：[] 3 1 23 2 21232' 212 3 2 31 '2 '''')()2(4)()(111100)()(24)(4)()(~l t n c n c l t t z m m s m V E E h m E sg E g si V E E h m m m dE dz E g dk k k g Vk k g d k dE E E =-==∴-??? ?????+??==∴?=??=+** πππ）方向有四个，锗在（旋转椭球，个方向，有六个对称的导带底在对于即状态数。空间所包含的空间的状态数等于在

半导体物理与器件第四版课后习题答案(供参考)

Chapter 4 4.1 ??? ? ? ?-=kT E N N n g c i exp 2υ ??? ? ??-??? ??=kT E T N N g O cO exp 3003 υ where cO N and O N υ are the values at 300 K. (b) Germanium _______________________________________ 4.2 Plot _______________________________________ 4.3 (a) ??? ? ??-=kT E N N n g c i exp 2υ ( )( )( ) 3 19 19 2 113001004.1108.2105?? ? ????=?T ()()?? ????-?3000259.012.1exp T () 3 382330010912.2105.2?? ? ???=?T ()()()()?? ????-?T 0259.030012.1exp By trial and error, 5.367?T K (b) () 252 12 2105.2105?=?=i n ( ) ()()()()?? ????-??? ???=T T 0259.030012.1exp 30010912.23 38 By trial and error, 5.417?T K _______________________________________ 4.4 At 200=T K, ()?? ? ??=3002000259.0kT 017267.0=eV At 400=T K, ()?? ? ??=3004000259.0kT 034533.0=eV ()()()() 172 22102 210025.31040.11070.7200400?=??= i i n n ? ? ????-??????-???? ??? ?? ??=017267.0exp 034533.0exp 3002003004003 3 g g E E ?? ? ???-=034533.0017267.0exp 8g g E E ()[] 9578.289139.57exp 810025.317-=?g E or ()1714.38810025.3ln 9561.2817=??? ? ???=g E or 318.1=g E eV Now ( ) 3 2 1030040010 70.7?? ? ??=?o co N N υ

半导体物理器件期末考试试题(全)

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 2015半导体物理器件期末考试试题(全) 半导体物理器件原理（期末试题大纲）指导老师：陈建萍一、简答题（共 6 题，每题 4 分）。代表试卷已出的题目1、耗尽区：半导体内部净正电荷与净负电荷区域，因为它不存在任何可动的电荷，为耗尽区（空间电荷区的另一种称呼）。 2、势垒电容：由于耗尽区内的正负电荷在空间上分离而具有的电容充放电效应，即反偏 Fpn 结的电容。 3、Pn 结击穿：在特定的反偏电压下，反偏电流迅速增大的现象。 4、欧姆接触：金属半导体接触电阻很低，且在结两边都能形成电流的接触。 5、饱和电压：栅结耗尽层在漏端刚好夹断时所加的漏源电压。 6、阈值电压：达到阈值反型点所需的栅压。 7、基区宽度调制效应：随 C-E 结电压或 C-B 结电压的变化，中性基区宽度的变化。 8、截止频率：共发射极电流增益的幅值为 1 时的频率。 9、厄利效应：基带宽度调制的另一种称呼（晶体管有效基区宽度随集电结偏置电压的变化而变化的一种现象） 10、隧道效应：粒子穿透薄层势垒的量子力学现象。 11、爱因斯坦关系：扩散系数和迁移率的关系： 12、扩散电容：正偏 pn 结内由于少子的存储效应而形成的电容。 1/ 11

13、空间电荷区：冶金结两侧由于 n 区内施主电离和 p 区内受主电离

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 而形成的带净正电荷与净负电荷的区域。 14、单边突变结：冶金结的一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的 pn 结。 15、界面态：氧化层--半导体界面处禁带宽度中允许的电子能态。 16、平带电压：平带条件发生时所加的栅压，此时在氧化层下面的半导体中没有空间电荷区。 17、阈值反型点：反型电荷密度等于掺杂浓度时的情形。 18、表面散射：当载流子在源极和源漏极漂移时，氧化层--半导体界面处载流子的电场吸引作用和库伦排斥作用。 19、雪崩击穿：由雪崩倍增效应引起的反向电流的急剧增大，称为雪崩击穿。 20、内建电场：n 区和 p 区的净正电荷和负电荷在冶金结附近感生出的电场叫内建电场，方向由正电荷区指向负电荷区，就是由 n 区指向 p 区。 21、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 区的价带直接隧穿到 n 区的导带的现象。 22、大注入效应：大注入下，晶体管内产生三种物理现象，既三个效应，分别称为：（1）基区电导调制效应；（2）有效基区扩展效应； (3)发射结电流集边效应。它们都将造成晶体管电流放大系数的下降。 3/ 11

半导体物理与器件实验报告

课程实习报告 HUNAN UNIVERSITY 题目：半导体物理与器件学生姓名：周强强学生学号：20100820225 专业班级：通信二班完成日期：2012.12.22

运行结果截图： 2.2 函数(),cos(2/)V x t x t πλω=-也是经典波动方程的解。令03x λ≤≤，请在同一坐标中绘出x 的函数(),V x t 在不同情况下的图形。 (1)0;(2)0.25;(3)0.5;(4)0.75;(5)t t t t t ωωπωπωπωπ =====。 3.27根据式（3.79），绘制出0.2()0.2F E E eV -≤-≤范围内，不同温度条件下的费米-狄拉克概率函数：()200,()300,()400a T K b T K c T K ===。

4.3 画出a （）硅，b （）锗，c （）砷化镓在温度范围200600K T K ≤≤内的本征载流子浓度曲线（采用对数坐标）。

4.46 已知锗的掺杂浓度为15 3a =310 cm N -?，d =0N 。画出费米能级相对于本征费米能级的位置随温度变化 200600)K T K ≤≤（的曲线。

5.20硅中有效状态密度为 19 3/2c 2.8 10()300T N =? 193/2 1..0410() 300 T N ν=? 设迁移率为 3/2 n =1350300T μ-?? ? ?? 3/2 =480300T ρμ-?? ? ?? 设禁带宽带为g =1.12V E e ，且不随温度变化。画出200600K T K ≤≤范围内，本征电导率随绝对温度T 变化的关系曲线。

第三章平衡态半导体的物理基础半导体物理学

第三章习题平衡半导体的物理基础 1、当E-E F 分别为kT 、4kT 、7kT ，用费米分布和玻尔兹曼分布分别计算分布概率，并对结果进行讨论。 2、设半导体导带具有以下E －k 关系， ??? ? ??++=3222122 2m k m k m k E z y x (E >0) 试求出其有效质量m *和状态密度g(E)（单位晶体体积） 3、设二维能带具有以下抛物线性E －k 关系， m k E 22 2 = (E>0) 求单位面积晶体的态密度g(E)。 4、Si 和GaAs 态密度有效质量分别为m n =1.065m 0, m p =0.647m 0；m n =0.067m 0, m p =0.47m 0, 求在300K 下两者的N C 和N V 。若Si 和GaAs 的E G 分别为1.17eV 和1.52eV ，求两者的本证载流子浓度。 5、已知Si 中只含施主杂质N D =1015cm -3，现在40K 测得电子浓度为1012cm -3，试估算该施主杂质的电离能。 6 7、对补偿的N 型半导体，推导公式： )e x p ()(kT g N n N N n N n D D C A D A ε-=--+ 8、试由金的能级位置及有关数据计算掺有11015cm -3施主和21015cm -3 的金的n 型硅的电阻率（设g=1）。 9、每立方厘米的硅样品中掺有1014个硼原子，硼原子在Si 中的掺杂能级为E A ，电离能为0.045eV ，求：（a ）在温度T ＝300K 时，硅样品中的载流子（电子与空穴）浓度是多少？（b ）在温度T= 470K 时，硅样品中的载流子（电子与空穴）浓度是多少？ 10、在上题所给出的条件下，计算F i E E -，并在能带图中仔细画出Ei 和E F 的位置。（在300K 时，E G (Si)＝1.17eV ，/0.608p n m m * *=，在470K 时，E G (Si) ＝1.08eV ，/0.17p n m m **=。） 11、 *利用类氢原子模型，估算Si 半导体中杂质B 和P 的电离能。（选做）

半导体物理与器件公式以及全参数

半导体物理与器件公式以及参数 KT =0.0259ev N c =2.8?1019N v =1.04?1019 SI 材料的禁带宽度为：1.12ev. 硅材料的n i =1.5?1010 Ge 材料的n i =2.4?1013 GaAs 材料的n i =1.8?106 介电弛豫时间函数：瞬间给半导体某一表面增加某种载流子，最终达到电中性的时间，ρ(t )=ρ(0)e ?(t /τd )，其中τd =?σ，最终通过证明这个时间与普通载流子的寿命时间相比十分的短暂，由此就可以证明准电中性的条件。 E F 热平衡状态下半导体的费米能级，E Fi 本征半导体的费米能级，重新定义的E Fn 是存在过剩载流子时的准费米能级。准费米能级：半导体中存在过剩载流子，则半导体就不会处于热平衡状态，费米能级就会发生变化，定义准费米能级。 n 0+?n =n i exp (E Fn ?E Fi kT )p 0+?p =n i exp [?(E Fp ?E Fi )kT ] 用这两组公式求解问题。通过计算可知，电子的准费米能级高于E Fi ，空穴的准费米能级低于E Fi ，对于多子来讲，由于载流子浓度变化不大，所以准费米能级基本靠近热平衡态下的费米能级，但是对于少子来讲，少子浓度发生了很大的变化，所以费米能级有相对比较大的变化，由于注入过剩载流子，所以导致各自的准费米能级都靠近各自的价带。

过剩载流子的寿命：半导体材料：半导体材料多是单晶材料，单晶材料的电学特性不仅和化学组成相关而且还与原子排列有关系。半导体基本分为两类，元素半导体材料和化合物半导体材料。 GaAs主要用于光学器件或者是高速器件。固体的类型：无定型（个别原子或分子尺度内有序）、单晶（许多原子或分子的尺度上有序）、多晶（整个范围内都有很好的周期性），单晶的区域成为晶粒，晶界将各个晶粒分开，并且晶界会导致半导体材料的电学特性衰退。空间晶格：晶格是指晶体中这种原子的周期性排列，晶胞就是可以复制出整个晶体的一小部分晶体，晶胞的结构可能会有很多种。原胞就是可以通过重复排列形成晶体的最小晶胞。三维晶体中每一个等效的格点都可以采用矢量表示为r=pa?+qb?+sc?，其中矢量a?，b?，c?称为晶格常数。晶体中三种结构，简立方、体心立方、面心立方。原子体密度=每晶胞的原子数每晶胞的体积

半导体物理与器件基础知识

9金属半导体与半导体异质结一、肖特基势垒二极管欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。接触电阻很低。金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。之间形成势垒为肖特基势垒。在金属与半导体接触处，场强达到最大值，由于金属中场强为零，所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效应。金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。附图：电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输机制不同于pn结的少数载流子的扩散运动决定电流，而是取决于多数载流子通过热电子发射跃迁过内建电势差形成。附肖特基势垒二极管加反偏电压时的I-V曲线：反向电流随反偏电压增大而增大是由于势垒降低的影响。肖特基势垒二极管与Pn结二极管的比较：1.反向饱和电流密度（同上），有效开启电压低于Pn结二极管的有效开启电压。2.开关特性肖特基二极管更好。应为肖特基二极管是一个多子导电器件，加正向偏压时不会产生扩散电容。从正偏到反偏时也不存在像Pn结器件的少数载流子存储效应。二、金属-半导体的欧姆接触附金属分别与N型p型半导体接触的能带示意图三、异质结：两种不同的半导体形成一个结小结：1.当在金属与半导体之间加一个正向电压时，半导体与金属之间的势垒高度降低，电子很容易从半导体流向金属，称为热电子发射。 2.肖特基二极管的反向饱和电流比pn结的大，因此达到相同电流时，肖特基二极管所需的反偏电压要低。 10双极型晶体管双极型晶体管有三个掺杂不同的扩散区和两个Pn结，两个结很近所以之间可以互相作用。之所以成为双极型晶体管，是应为这种器件中包含电子和空穴两种极性不同的载流子运动。一、工作原理附npn型和pnp型的结构图发射区掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度最低附常规npn截面图造成实际结构复杂的原因是：1.各端点引线要做在表面上，为了降低半导体的电阻，必须要有重掺杂的N+型掩埋层。2.一片半导体材料上要做很多的双极型晶体管，各自必须隔离，应为不是所有的集电极都是同一个电位。通常情况下，BE结是正偏的，BC结是反偏的。称为正向有源。附图：由于发射结正偏，电子就从发射区越过发射结注入到基区。BC结反偏，所以在BC结边界，理想情况下少子电子浓度为零。附基区中电子浓度示意图：电子浓度梯度表明，从发射区注入的电子会越过基区扩散到BC结的空间电荷区，

半导体物理与器件第四版课后习题答案

Chapter 3 3、1 If were to increase, the bandgap energy would decrease and the material would begin to behave less like a semiconductor and more like a metal、 If were to decrease, the bandgap energy would increase and the material would begin to behave more like an insulator、 _______________________________________ 3、2 Schrodinger's wave equation is: Assume the solution is of the form: Region I: 、 Substituting the assumed solution into the wave equation, we obtain: which bees This equation may be written as Setting for region I, the equation bees: where Q、E、D、 In Region II, 、 Assume the same form of the solution: Substituting into Schrodinger's wave equation, we find: This equation can be written as: Setting for region II, this equation bees where again Q、E、D、 _______________________________________ 3、3 We have Assume the solution is of the form: The first derivative is and the second derivative bees Substituting these equations into the differential equation, we find bining terms, we obtain We find that Q、E、D、 For the differential equation in and the proposed solution, the procedure is exactly the same as above、 _______________________________________ 3、4 We have the solutions for and for 、 The first boundary condition is which yields The second boundary condition is which yields The third boundary condition is which yields

半导体物理与器件复习资料

非平衡载流子寿命公式：本征载流子浓度公式：本征半导体：晶体中不含有杂质原子的材料半导体功函数：指真空电子能级E 0与半导体的费米能级E f 之差电子>(<)空穴为n(p)型半导体，掺入的是施主(受主)杂质原子。 Pn 结击穿的的两种机制：齐纳效应和雪崩效应载流子的迁移率扩散系数爱因斯坦关系式两种扩散机制：晶格扩散，电离杂质扩散迁移率受掺杂浓度和温度的影响金属导电是由于自由电子；半导体则是因为自由电子和空穴；绝缘体没有自由移动的带电粒子，其不导电。空间电荷区：冶金结两侧由于n 区内施主电离和p 区内受主电离而形成的带净正电与负电的区域。存储时间：当pn 结二极管由正偏变为反偏是，空间电荷区边缘的过剩少子浓度由稳定值变为零所用的时间。费米能级：是指绝对零度时，电子填充最高能级的能量位置。准费米能级：在非平衡状度下，由于导带和介质在总体上处于非平衡，不能用统一的费米能级来描述电子和空穴按能级分布的问题，但由于导带中的电子和价带中的空穴按能量在各自能带中处于准平衡分布，可以有各自的费米能级成为准费米能级。肖特基接触：指金属与半导体接触时，在界面处的能带弯曲，形成肖特基势垒，该势垒导放大的界面电阻值。非本征半导体：将掺入了定量的特定杂质原子，从而将热平衡状态电子和空穴浓度不同于本征载流子浓度的材料定义为非本征半导体。简并半导体：电子或空穴的浓度大于有效状态密度，费米能级位于导带中（n 型）或价带中（p 型）的半导体。直接带隙半导体：导带边和价带边处于k 空间相同点的半导体。电子有效质量：并不代表真正的质量，而是代表能带中电子受外力时，外力与加速度的一个比例常熟。雪崩击穿：由空间电荷区内电子或空穴与原子电子碰撞而产生电子--空穴对时，创建较大反偏pn 结电流的过程 1、什么是单边突变结？为什么pn 结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？ ①冶金结一侧的掺杂浓度大于另一侧的掺杂浓度的pn 结；②由于pn 结空间电荷区p 区的受主离子所带负电荷与N 区的施主离子所带正电荷的量是相等的，而这两种带点离子不能自由移动的，所以空间电荷区内的低掺杂一侧，其带点离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只有增加低掺杂一侧的宽度。 2、为什么随着掺杂弄得的增大，击穿电压反而下降？随着掺杂浓度的增大，杂质原子之间彼此靠的很近而发生相互影响，分离能级就会扩展成微带，会使原奶的导带往下移，造成禁带宽度变宽，不如外加电压时，能带的倾斜处隧长度Δx 变得更短，当Δx 短到一定程度，当加微小电压时，就会使p 区价带中电子通过隧道效应通过禁带而到达N 区导带，是的反响电流急剧增大而发生隧道击穿，所以。。。。。。 3、对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。对于重掺杂半导体，在低温时，杂质散射起主导作用，而晶格振动散射与一般掺杂半导体相比较影响并不大，所以这时随着温度的升高，重掺杂半导体的迁移率反而增加；温度继续增加下，晶格振动散射起主导作用，导致迁移率下降。对于一般掺杂半导体，由于杂质浓度低，电离杂子散射基本可以忽略，其主要作用的是晶格振动散射，所以温度越高，迁移率越小。 4、漂移运动和扩散运动有什么不同？对于非简并半导体而言，迁移率和扩散系数之间满足什么关系？漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均，导致载流子从浓度高的地方向浓度低的地方定向运动。前者的推动力是外电场，后者的推动力是载流子的分布引起的。关系为：T k D 0 //εμ= 5、什么叫统计分布函数？并说明麦克斯韦-玻尔兹曼、玻色-爱因斯坦、费米狄拉克分布函数的区别？描述大量粒子的分部规律的函数。 ①麦克--滋曼分布函数：经典离子，粒子可区分，而且每个能态多容纳的粒子数没有限制。 ②波色--斯坦分部函数：光子，粒子不可区分，每个能态所能容纳的粒子数没有限制。 ③费米狄拉克分布函数：晶体中的电子，粒子不可分辨，而且每个量子态，只允许一个粒子。 6、画出肖特基二极管和pn 结二极管的正偏特性曲线；并说明它们之间的差别。两个重要的区别：反向饱和电流密度的数量级，开关特性；两种器件的电流输运机构不同：pn 结中的电流是由少数载流子的扩散运动决定的，而肖特基势垒二极管中的电流是由多数载流子通过热电子发射越过内建电势差而形成的。肖特基二极管的有效开启电压低于pn 结二极管的有效开启电压。 7、（a ）5个电子处于3个宽度都为a=12A °的三维无限深势阱中，假设质量为自由电子质量，求T=0k 时费米能级（b ）对于13个电子呢？解：对于三维无限深势阱对于5个电子状态，对应nxnynz=221=122包含一个电子和空穴的状态 ev E F 349.2)122(261.022=++?= 对于13个电子……=323=233 ev E F 5.742)323(261.0222=++?= 8、T=300k 时，硅的实验测定值为p 0=2×104cm -3,Na=7*1015cm -3, (a)因为P 0

半导体物理与器件

半导体物理与器件课程总结吕游微电子与固体电子学201212171909 2012-2013学年第二学期，在尊敬的李常青老师的指导下学习了《半导体物理与器件》这门课程，我们按照章节划分，有侧重点的进行了个人重点学习并且在课堂上进行讲解演示，可谓受益匪浅。在以下的部分我将对这学期的课程学习做出总结。首先，在第一部分，我针对《半导体物理与器件》课程做一个总体的概述，谈谈学习完本书后我的个人所得与感想。《半导体物理与器件》一书是一本有关半导体物理器件理论的入门书籍，它不但包含了诸多半导体器件的特性、工作原理以及局限性的理论基础知识，还附带了很多图示和生动的例子，对于一个半导体初学者来说大有帮助。本书从基础物理讲起，而后转至半导体材料物理，最后讨论半导体器件物理。第1章先从固体的晶体结构开始，然后过渡到理想单晶体材料。第2章和第3章介绍了量子力学和固体物理，这些都是必须掌握的基础物理知识。第4章到第6章覆盖了半导体材料物理知识。其中，第4章讨论了热平衡半导体物理；第5章讨论了半导体内部的载流子输运现象；第6章主要介绍非平衡过剩载流子。理解半导体的过剩载流子行为对于理解器件物理是至关重要的。第7章到第13章对基本半导体器件物理进行了详细的描述。第7章主要讨论pn结电子学；第8章讨论pn结电流-电压特性；第9章讨论整流及非整流金属半导体结和半导体异质结；第10章探讨双极型晶体管。第11章、第12章阐述了MOS场效应管理论；第13章则阐述了结型场效应管。以上便是这本书的简要内容，这些章节之间既有联系又是相互独立的。从这一部分开始，我将对本人重点学习的章节-第11章MOS场效应晶体管基础-做一个详细的讲解。这一章中，我所重点研究的内容是前两节，金属-氧化物-半导体场效应管的物理基础，这部分内容与前面的知识关联不太大，只依赖与半导体材料的性质和pn结的特性。所以，即使你是以前并没有接触过半导体知识的初学者，只要用心学习，也是不难理解的。 MOSFET是金属-氧化物-半导体场效应晶体管的简称。我们知道，MOSFET是当今集成电路设计的核心，可见学习MOSFET的重要性。其中，MOSFET的核心部分是一个称为MOS电容的金属-氧化物-半导体的结构。在本章中，我们首先阐述各种类型的MOSFET，并定性的讨论其电流-电压特性；然后将详细分析这种特性的理论来源以及数学推导过程；此外还将讨论MOSFET的频率特性。 11.1MOS电容 MOS结构的物理性质可以借助比较容易理解的平行板电容器加以说明。下图是MOS电容的结构。其中d是氧化层的厚度，金属栅极的材料是Al，氧化层的材料是二氧化硅，衬底是晶体硅。通常情况下，Si基板接地，对于p 型衬底的MOS管，当金属栅极加上正电压时，称为正偏；而金属栅极加上负电压时称为反偏。当上面的金属栅被施加一个负电压，负电荷出现在上面的金属板上，半导体内产生一个电场，多为多子的空穴被推向半导体-氧化物表面，形

半导体物理与器件公式以及参数

半导体物理与器件公式以及参数 SI材料的禁带宽度为：1.12ev. 硅材料的 Ge材料的 GaAs材料的介电弛豫时间函数：瞬间给半导体某一表面增加某种载流子，最终达到电中性的时间，，其中，最终通过证明这个时间与普通载流子的寿命时间相比十分的短暂，由此就可以证明准电中性的条件。热平衡状态下半导体的费米能级，本征半导体的费米能级，重新定义的是存在过剩载流子时的准费米能级。准费米能级：半导体中存在过剩载流子，则半导体就不会处于热平衡状态，费米能级就会发生变化，定义准费米能级。用这两组公式求解问题。通过计算可知，电子的准费米能级高于，空穴的准费米能级低于，对于多子来讲，由于载流子浓度变化不大，所以准费米能级基本靠近热平衡态下的费米能级，但是对于少子来讲，少子浓度发生了很大的变化，所以费米能级有相对比较大的变化，由于注入过剩载流子，所以导致各自的准费米能级都靠近各自的价带。

过剩载流子的寿命：半导体材料：半导体材料多是单晶材料，单晶材料的电学特性不仅和化学组成相关而且还与原子排列有关系。半导体基本分为两类，元素半导体材料和化合物半导体材料。 GaAs主要用于光学器件或者是高速器件。固体的类型：无定型（个别原子或分子尺度内有序）、单晶（许多原子或分子的尺度上有序）、多晶（整个范围内都有很好的周期性），单晶的区域成为晶粒，晶界将各个晶粒分开，并且晶界会导致半导体材料的电学特性衰退。空间晶格：晶格是指晶体中这种原子的周期性排列，晶胞就是可以复制出整个晶体的一小部分晶体，晶胞的结构可能会有很多种。原胞就是可以通过重复排列形成晶体的最小晶胞。三维晶体中每一个等效的格点都可以采用矢量表示为，其中矢量，，称为晶格常数。晶体中三种结构，简立方、体心立方、面心立方。原子体密度每晶胞的原子数每晶胞的体积米勒指数，对所在平面的截距取倒数在进行通分，所有平行平面的米

《半导体物理与器件》教学大纲

《半导体物理与器件》教学大纲课程类别：专业方向课程性质：必修英文名称：Semiconductor Physics and Devices 总学时：48 讲授学时：48 学分： 3 先修课程：量子力学、统计物理学、固体物理学等适用专业：应用物理学(光电子技术方向) 开课单位：物理科学与技术学院一、课程简介本课程是应用物理学专业(光电子技术方向)的一门重要专业方向课程。通过本课程的学习，使学生能够结合各种半导体的物理效应掌握常用和特殊半导体器件的工作原理，从物理角度深入了解各种半导体器件的基本规律。获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力，为开展课题设计和独立解决实际工作中的有关问题奠定一定的基础。二、教学内容及基本要求第一章：固体晶格结构（4学时）教学内容： 1.1半导体材料 1.2固体类型 1.3空间晶格 1.4原子价键 1.5固体中的缺陷与杂质 1.6半导体材料的生长教学要求： 1、了解半导体材料的特性, 掌握固体的基本结构类型； 2、掌握描述空间晶格的物理参量, 了解原子价键类型； 3、了解固体中缺陷与杂质的类型； 4、了解半导体材料的生长过程。授课方式：讲授第二章：量子力学初步（4学时）教学内容： 2.1量子力学的基本原理 2.2薛定谔波动方程 2.3薛定谔波动方程的应用 2.4原子波动理论的延伸教学要求： 1、掌握量子力学的基本原理，掌握波动方程及波函数的意义； 2、掌握薛定谔波动方程在自由电子、无限深势阱、阶跃势函数、矩形势垒中应用； 3、了解波动理论处理单电子原子模型。授课方式：讲授第三章：固体量子理论初步（4学时）

半导体物理答案第三章

任课老师：吴海霞作业章次：第三章完成日期：2010年4月9日姓名：高磊学号： 20070682 班级： 01530701 老师点评：

6.计算硅在-78℃、27℃、300℃时本征半导体费米能级、假定它在禁带中线处合理吗？ ()() 假设它在中线处合理约为的时，时，时，，其中即本征半导体不带电解：∴?-+==?-+==?-+==∴==++=++=∴====∴----- --eV E Si eV E E E K T eV E E E K T eV E E E K T m m m m m m T k E E N N T k E E E h T k m N h T k m N e N e N p n g v c F v c F v c F p n n p v c c v v c F p v n c T k E E v T k E E c v F F c 1) (102.22 573) (1016.12300)(105.7219559.0,08.1ln 432ln 2222 ,22 2230 *0* * * 003 2 /30*3 2 /30* 00 ππ 10.以施主杂质电离90%作为强电离的标准，求掺砷的n 型锗在300K 时以杂质电离为主的饱和区掺杂的浓度范围 ??? ?????=??? ? ???-≤∴≤??? ? ??????? ??=?=??=≥--026.0exp 21005.1%10exp 2%10%10exp 2104.2104.21010190031413T k E N N T k E N N D cm n N D c D D c D i D 解：强电离时 11.若锗中施主杂质电离能D E ?=0.01eV ，施主杂质浓度分别为D N =31410-cm 及31710-cm 。计算1、99%电离；2、90%电离；3、50%电离时温度各为多少？

半导体物理学(第7版)第三章习题和答案

半导体物理学(第7版)第三章习题和答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第三章习题和答案 1. 计算能量在E=E c 到2 *n 2 C L 2m 100E E π+= 之间单位体积中的量子态数。解： 2. 试证明实际硅、锗中导带底附近状态密度公式为式（3-6）。 3 22 233*28100E 21 23 3 *22100E 002 1 233*231000L 8100)(3 222)(22)(1Z V Z Z )(Z )(22)(23 22 C 22 C L E m h E E E m V dE E E m V dE E g V d dE E g d E E m V E g c n c C n l m h E C n l m E C n n c n c πππππ= +-=-== ==-=*+ + ? ?** ）（）（单位体积内的量子态数）（) (21)(,)"(2)()(,)(,)()(2~.2'2 1 3'' ''''2'21'21'21' 2 2222 22C a a l t t z y x a c c z l a z y t a y x t a x z t y x C C e E E m h k V m m m m k g k k k k k m h E k E k m m k k m m k k m m k ml k m k k h E k E K IC E G si -=??? ? ??+?=+++====+++=* ****系中的态密度在等能面仍为球形等能面系中在则：令）（关系为）（半导体的、证明：[] 3 1 23 2212 32' 2123 2 31'2 '''')()2(4)()(111100)()(24)(4)()(~l t n c n c l t t z m m s m V E E h m E sg E g si V E E h m m m dE dz E g dk k k g Vk k g d k dE E E =-==∴-??? ?????+??==∴?=??=+** πππ）方向有四个，锗在（旋转椭球，个方向，有六个对称的导带底在对于即状态数。空间所包含的空间的状态数等于在

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