TOC\o"1-3"\h\z\u3656第一章固體晶體結構321256小結39903重要術語解釋318098知識點321428復習題327579第二章量子力學初步45103小結4548重要術語解釋47169第三章固體量子理論初步45672小結412523重要術語解釋425516知識點59791復習題525136第四章平衡半導體69937小結69544重要術語解釋625536知識點624045復習題725884第五章載流子運輸現(xiàn)象727416小結720601重要術語解釋87309知識點823833復習題88394第六章半導體中的非平衡過剩載流子810922小結98033重要術語解釋95796知識點919285復習題1019906第七章pn結1021809小結10563重要術語解釋108938知識點1113437復習題119171第八章pn結二極管1111287小結122343重要術語解釋1226191知識點1212283復習題1313566第九章金屬半導體和半導體異質結1312175小結1321509重要術語解釋1322357知識點1413243復習題14567第十章雙極晶體管1426538小結144305重要術語解釋1525674知識點1610945復習題1619367第十一章金屬-氧化物-半導體場效應晶體管基礎1610047小結1618446重要術語解釋1716270知識點1811567復習題18539第十二章金屬-氧化物-半導體場效應管：概念的深入197006小結1929488重要術語解釋1932218知識點1928842復習題20固體晶體結構小結硅是最普遍的半導體材料。半導體和其他材料的屬性很大程度上由其單晶的晶格結構決定。晶胞是晶體中的一小塊體積，用它可以重構出整個晶體。三種基本的晶胞是簡立方、體心立方和面心立方。硅具有金剛石晶體結構。原子都被由4個緊鄰原子構成的四面體包在中間。二元半導體具有閃鋅礦結構，它與金剛石晶格基本相同。引用米勒系數(shù)來描述晶面。這些晶面可以用于描述半導體材料的表面。密勒系數(shù)也可以用來描述晶向。半導體材料中存在缺陷，如空位、替位雜質和填隙雜質。少量可控的替位雜質有益于改變半導體的特性。給出了一些半導體生長技術的簡單描述。體生長生成了基礎半導體材料，即襯底。外延生長可以用來控制半導體的表面特性。大多數(shù)半導體器件是在外延層上制作的。重要術語解釋二元半導體：兩元素化合物半導體，如GaAs。共價鍵：共享價電子的原子間鍵合。金剛石晶格：硅的院子晶體結構，亦即每個原子有四個緊鄰原子，形成一個四面體組態(tài)。摻雜：為了有效地改變電學特性，往半導體中加入特定類型的原子的工藝。元素半導體：單一元素構成的半導體，比如硅、鍺。外延層：在襯底表面形成的一薄層單晶材料。離子注入：一種半導體摻雜工藝。晶格：晶體中原子的周期性排列。密勒系數(shù)：用以描述晶面的一組整數(shù)。原胞：可復制以得到整個晶格的最小單元。襯底：用于更多半導體工藝比如外延或擴散的基礎材料，半導體硅片或其他原材料。三元半導體：三元素化合物半導體，如AlGaAs。晶胞：可以重構出整個晶體的一小部分晶體。鉛鋅礦晶格：與金剛石晶格相同的一種晶格，但它有兩種類型的原子而非一種。知識點學完本章后，讀者應具備如下能力：確定不同晶格結構的體密度。確定某晶面的密勒指數(shù)。根據(jù)密勒指數(shù)畫出晶面確定給定晶面的原子面密度。理解并描述單晶中的各種缺陷。復習題例舉兩種元素半導體材料和兩種化合物半導體材料。畫出三種晶格結構：(a)簡立方；(b)體心立方；(c)面心立方。描述求晶體中原子的體密度的方法。描述如何得到晶面的密勒指數(shù)。何謂替位雜質？何謂填隙雜質？量子力學初步小結我們討論了一些量子力學的概念，這些概念可以用于描述不同勢場中的電子狀態(tài)。了解電子的運動狀態(tài)對于研究半導體物理是非常重要的。波粒二象性原理是量子力學的重要部分。粒子可以有波動態(tài)，波也可以具有粒子態(tài)。薛定諤波動方程式描述和判斷電子狀態(tài)的基礎。馬克思·玻恩提出了概率密度函數(shù)|fai（x）|2.對束縛態(tài)粒子應用薛定諤方程得出的結論是，束縛態(tài)粒子的能量也是量子化的。利用單電子原子的薛定諤方程推導出周期表的基本結構。重要術語解釋德布羅意波長：普朗克常數(shù)與粒子動量的比值所得的波長。海森堡不確定原理：該原理指出我們無法精確確定成組的共軛變量值，從而描述粒子的狀態(tài)，如動量和坐標。泡利不相容原理：該原理指出任意兩個電子都不會處在同一量子態(tài)。光子：電磁能量的粒子狀態(tài)。量子：熱輻射的粒子形態(tài)。量子化能量：束縛態(tài)粒子所處的分立能量級。量子數(shù)：描述粒子狀態(tài)的一組數(shù)，例如原子中的電子。量子態(tài)：可以通過量子數(shù)描述的粒子狀態(tài)。隧道效應：粒子穿過薄層勢壘的量子力學現(xiàn)象。波粒二象性：電磁波有時表現(xiàn)為粒子狀態(tài)，而粒子有時表現(xiàn)為波動狀態(tài)的特性。固體量子理論初步小結我們討論了一些量子力學的概念，這些概念可以用于描述不同勢場中的電子狀態(tài)。了解電子的運動狀態(tài)對于研究半導體物理是非常重要的。波粒二象性原理是量子力學的重要部分。粒子可以有波動態(tài)，波也可以具有粒子態(tài)。薛定諤波動方程式描述和判斷電子狀態(tài)的基礎。馬克思·玻恩提出了概率密度函數(shù)|fai（x）|2。對束縛態(tài)粒子應用薛定諤方程得出的結論是，束縛態(tài)粒子的能量也是量子化的。利用單電子原子的薛定諤方程推導出周期表的基本結構。重要術語解釋允帶：在量子力學理論中，晶體中可以容納電子的一系列能級。狀態(tài)密度函數(shù)：有效量子態(tài)的密度。它是能量的函數(shù)，表示為單位體積單位能量中的量子態(tài)數(shù)量。電子的有效質量：該參數(shù)將晶體導帶中電子的加速度與外加的作用力聯(lián)系起來，該參數(shù)包含了晶體中的內力。費米-狄拉克概率函數(shù)：該函數(shù)描述了電子在有效能級中的分布，代表了一個允許能量狀態(tài)被電子占據(jù)的概率。費米能級：用最簡單的話說，該能量在T=0K時高于所有被電子填充的狀態(tài)的能量，而低于所有空狀態(tài)能量。禁帶：在量子力學理論中，晶體中不可以容納電子的一系列能級?？昭ǎ号c價帶頂部的空狀態(tài)相關的帶正電“粒子”?？昭ǖ挠行з|量：該參數(shù)同樣將晶體價帶中空穴的加速度與外加作用力聯(lián)系起來，而且包含了晶體中的內力。k空間能帶圖：以k為坐標的晶體能連曲線，其中k為與運動常量有關的動量，該運動常量結合了晶體內部的相互作用?？她埬峥?潘納模型：由一系列周期性階躍函數(shù)組成，是代表一維單晶晶格周期性勢函數(shù)的數(shù)學模型。麥克斯韋-波爾茲曼近似：為了用簡單的指數(shù)函數(shù)近似費米-狄拉克函數(shù)，從而規(guī)定滿足費米能級上下若干kT的約束條件。泡利不相容原理：該原理指出任意兩個電子都不會處在同一量子態(tài)。知識點對單晶中的允帶和禁帶的概念進行定性的討論，并利用克龍尼-潘納模型對結果進行嚴格的推導。討論硅中能帶的分裂。根據(jù)E-k關系曲線論述有效質量的定義，并討論它對于晶體中粒子運動的意義。討論空穴的概念。定性地討論金屬、絕緣體和半導體在能帶方面的差異。討論有效狀態(tài)密度函數(shù)。理解費米-狄拉克分布函數(shù)和費米能級的意義。復習題什么是克龍尼克．潘納模型？敘述克龍尼克·潘納模型的薛定諤波動方程的兩個結果。什么是有效質量？什么是直接帶隙半導體？什么是間接帶隙半導體？狀態(tài)密度函數(shù)的意義是什么？推導狀態(tài)密度函數(shù)的數(shù)學模型是什么？一般來說，狀態(tài)密度與能量之間有什么聯(lián)系？費米-狄拉克概率函數(shù)的意義是什么？什么是費米能級？平衡半導體小結當原子聚集在一起形成晶體時，電子的分立能量也就隨之分裂為能帶。對表征單晶材料勢函數(shù)的克龍克尼-潘納模型進行嚴格的量子力學分析和薛定諤波動方程推導，從而得出了允帶和禁帶的概念。有效質量的概念將粒子在晶體中的運動與外加作用力聯(lián)系起來，而且涉及到晶格對粒子運動的作用。半導體中存在兩種帶點粒子。其中電子是具有正有效質量的正電荷粒子，一般存在于允帶的頂部。給出了硅和砷化鎵的E-k關系曲線，并討論了直接帶隙半導體和間接帶隙半導體的概念。允帶中的能量實際上是由許多的分立能級組成的，而每個能級都包含有限數(shù)量的量子態(tài)。單位能量的量子態(tài)密度可以根據(jù)三維無限深勢阱模型確定。在涉及大量的電子和空穴時，就需要研究這些粒子的統(tǒng)計特征。本章討論了費米-狄拉克概率函數(shù)，它代表的是能量為E的量子態(tài)被電子占據(jù)的幾率。重要術語解釋受主原子：為了形成p型材料而加入半導體內的雜質原子。載流子電荷：在半導體內運動并形成電流的電子和（或）空穴。雜質補償半導體：同一半導體區(qū)域內既含有施主雜質又含有受主雜質的半導體。完全電離：所有施主雜質原子因失去電子而帶正電，所有受主雜質原子因獲得電子而帶負電的情況。簡并半導體：電子或空穴的濃度大于有效狀態(tài)密度，費米能級位于導帶中（n型）或價帶中（p型）的半導體。施主原子：為了形成n型材料而加入半導體內的雜質原子。有效狀態(tài)密度：即在導帶能量范圍內對量子態(tài)密度函數(shù)gc（E）與費米函數(shù)fF（E）的乘積進行積分得到的參數(shù)Nc；在價帶能量范圍內對量子態(tài)密度函數(shù)gv（E）與【1-fF（E）】的乘積進行積分得到的參數(shù)N。束縛態(tài)：低溫下半導體內的施主與受主呈現(xiàn)中性的狀態(tài)。此時，半導體內的電子濃度與空穴濃度非常小。非本征半導體：進行了定量施主或受主摻雜，從而使電子濃度或空穴濃度偏離本征載流子濃度產(chǎn)生多數(shù)載流子電子（n型）或多數(shù)載流子空穴（p型）的半導體。本征載流子濃度ni：本征半導體內導帶電子的濃度和價帶空穴的濃度（數(shù)值相等）。本征費米能級Efi：本征半導體內的費米能級位置。本征半導體：沒有雜質原子且晶體中無晶格缺陷的純凈半導體材料。非簡并半導體：參入相對少量的施主和（或）受主雜質，使得施主和（或）受主能級分立、無相互作用的半導體。知識點推導出熱平衡電子濃度與空穴濃度關于費米能級的表達式。推導出本征載流子濃度的表達式。說出T=300K下的本征載流子濃度值。推導出本征費米能級的表達式。描述半導體內摻人施主與受主雜質后的影響。理解完全電離的概念。了解公式的推導過程。描述簡并與非簡并半導體的概念。討論電中性的概念。推導出n0與p0關于摻雜濃度的表達式。描述費米能級隨溫度與摻雜濃度的變化情況。復習題寫出n(E)與p(E)關于狀態(tài)密度與費米統(tǒng)計分布的函數(shù)表達式。在根據(jù)費米能級推導，n0的表達式時，積分的上限應為導帶頂?shù)哪芰?，說明可以用正無窮替代它的原因。假設玻爾茲曼近似成立，寫出n0與p0關于費米能級的表達式。T=300K時硅的本征載流子濃度值是多少？在什么情況下本征費米能級處于禁帶中央？什么是施主雜質？什么是受主雜質？完全電離是什么意思？束縛態(tài)又是什么意思？n0與p0的乘積等于什么？寫出完全電離條件下的電中性方程。繪制出n型材料的，n0隨溫度變化的曲線。分別繪制出費米能級隨溫度和摻雜濃度變化的曲線。載流子運輸現(xiàn)象小結導帶電子濃度是在整個導帶能量范圍上，對導帶狀態(tài)密度與費米-狄拉克概率分布函數(shù)的乘積進行積分得到的。價帶空穴濃度是在整個價帶能量范圍上，對價帶狀態(tài)密度與某狀態(tài)為空的概率【1-fF（E）】的乘積進行積分得到的。本章討論了對半導體滲入施主雜質（V族元素）和受主雜質（111族元素）形成n型和p型非本征半導體的概念。推導出了基本關系式。引入了雜質完全電離與電中性的概念，推導出了電子與空穴濃度關于摻雜濃度的函數(shù)表達式。推導出了費米能級位置關于摻雜濃度的表達式。討論了費米能級的應用。在熱平衡態(tài)下，半導體內的費米能級處處相等。重要術語解釋電導率：關于載流子漂移的材料參數(shù)；可量化為漂移電流密度和電場強度之比。擴散：粒子從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)運動的過程。擴散系數(shù)：關于粒子流動與粒子濃度梯度之間的參數(shù)。擴散電流：載流子擴散形成的電流。漂移：在電場作用下，載流子的運動過程。漂移電流：載流子漂移形成的電流。漂移速度：電場中載流子的平均漂移速度。愛因斯坦關系：擴散系數(shù)和遷移率的關系?；魻栯妷海涸诨魻栃獪y量中，半導體上產(chǎn)生的橫向壓降。電離雜質散射：載流子和電離雜質原子之間的相互作用。晶格散射：載流子和熱震動晶格原子之間的相互作用。遷移率：關于載流子漂移和電場強度的參數(shù)。電阻率：電導率的倒數(shù)；計算電阻的材料參數(shù)。飽和速度：電場強度增加時，載流子漂移速度的飽和值。知識點論述載流子漂移電流密度。解釋為什么在外加電場作用下載流子達到平均漂移速度。論述晶格散射和雜質散射機制。定義遷移率，并論述遷移率對溫度和電離雜質濃度的依賴關系。定義電導率和電阻率。論述飽和速度。論述載流子擴散電流密度。敘述愛因斯坦關系。描述霍爾效應。復習題寫出總漂移電流密度方程。定義載流子遷移率。其單位是什么？解釋遷移率的溫度依賴性。為什么載流子遷移率是電離雜質濃度的函數(shù)？定義電導率、電阻率。它們各自的單位是什么？分別畫出硅、砷化鎵中電子漂移速度與電場強度的關系曲線。寫出電子和空穴的擴散電流密度方程。愛因斯坦關系是什么？描述霍爾效應。解釋為什么霍爾電壓的正負反映了半導體的導電類型（n型或p型）。半導體中的非平衡過剩載流子小結討論了過剩電子和空穴產(chǎn)生與復合的過程，定義了過剩載流子的產(chǎn)生率和復合率。過剩電子和空穴是一起運動的，而不是互相獨立的。這種現(xiàn)象稱為雙極疏運。推導了雙極疏運方程，并討論了其中系數(shù)的小注入和非本征摻雜約束條件。在這些條件下，過剩電子和空穴的共同漂移和擴散運動取決于少子的特性，這個結果就是半導體器件狀態(tài)的基本原理。討論了過剩載流子壽命的概念。分別分析了過剩載流子狀態(tài)作為時間的函數(shù)作為空間的函數(shù)和同事作為實踐與空間的函數(shù)的情況。定義了電子和空穴的準費米能級。這些參數(shù)用于描述非平衡狀態(tài)下，電子和空穴的總濃度。半導體表面效應對過剩電子和空穴的狀態(tài)產(chǎn)生影響。定義了表面復合速度。重要術語解釋雙極擴散系數(shù)：過剩載流子的有效擴散系數(shù)。雙極遷移率：過剩載流子的有效遷移率。雙極疏運：具有相同擴散系數(shù)，遷移率和壽命的過剩電子和空穴的擴散，遷移和復合過程。雙極輸運方程：用時間和空間變量描述過剩載流子狀態(tài)函數(shù)的方程。載流子的產(chǎn)生：電子從價帶躍入導帶，形成電子-空穴對的過程。載流子的復合：電子落入價帶中的空能態(tài)（空穴）導致電子-空穴對消滅的過程。過剩載流子：過剩電子和空穴的過程。過剩電子：導帶中超出熱平衡狀態(tài)濃度的電子濃度。過剩空穴：價帶中超出熱平衡狀態(tài)濃度的空穴濃度。過剩少子壽命：過剩少子在復合前存在的平均時間。產(chǎn)生率：電子-空穴對產(chǎn)生的速率（#/cm3-ms）。小注入：過剩載流子濃度遠小于熱平衡多子濃度的情況。少子擴散長度：少子在復合前的平均擴散距離：數(shù)學表示為，其中D和分別為少子的擴散系數(shù)和壽命。準費米能級：電子和空穴的準費米能級分別將電子和空穴的非平衡狀態(tài)濃度與本征載流子濃度以及本征費米能級聯(lián)系起來。復合率：電子－空穴對復合的速率（#/cm3-s）。表面態(tài)：半導體表面禁帶中存在的電子能態(tài)。知識點論述非平衡產(chǎn)生和復合的概念。論述過剩載流子壽命的概念。論述電子和空穴與時間無關的擴散方程的推導過程。論述雙極輸運方程的推導過程。理解在小注入狀態(tài)和非本征半導體中，雙極輸運方程系數(shù)可以歸納為少子系數(shù)的結論。運用雙極輸運方程解決不同問題。理解介電弛豫時間常數(shù)的概念。計算電子和空穴的準費米能級。計算給定濃度的過剩載流子的復合率。理解過剩載流子濃度的表面效應。復習題為什么熱平衡狀態(tài)電子的產(chǎn)生率與復合率相等？舉例說明粒子流的變化如何影響空穴的濃度。為什么一般的雙極輸運方程為非線性方程？定性解釋為什么在外加電場作用下，過剩電子和空穴會向同一方向移動。定性解釋為什么在小注入條件下，過剩載流子壽命可以歸納為少子的壽命。當產(chǎn)生率為零時，與過剩載流子密度有關的時間是什么？外加作用力之后，為什么過剩載流子密度不能隨時間持續(xù)增加？當半導體中瞬問產(chǎn)生了一種類型的過剩載流子時，用什么原理解釋凈電荷密度會迅速變?yōu)榱?？分別論述電子和空穴的準費米能級的定義。一般情況下，為什么半導體表面的過剩載流子濃度要低予內部的過剩載流子濃度？pn結小結首先介紹了均勻摻雜的pn結。均勻摻雜pn結是指：半導體的一個區(qū)均勻摻雜了受主雜質，而相鄰的區(qū)域均勻摻雜了施主雜質。這種pn結稱為同質結在冶金結兩邊的p區(qū)與n區(qū)內分別形成了空間電荷區(qū)或耗盡區(qū)。該區(qū)內不存在任何可以移動的電子或空穴，因而得名。由于n區(qū)內的施主雜質離子的存在，n區(qū)帶正電；同樣，由于p區(qū)內受主雜質離子存在，p區(qū)帶負電。由于耗盡區(qū)內存在凈空間電荷密度，耗盡區(qū)內有一個電場。電場的方向為由n區(qū)指向p區(qū)?？臻g電荷區(qū)內部存在電勢差。在零偏壓的條件下，該電勢差即內建電勢差維持熱平衡狀態(tài)，并且在阻止n區(qū)內多子電子向p區(qū)擴散的同時，阻止p區(qū)內多子空穴向n區(qū)擴散。反騙電壓（n區(qū)相對于p區(qū)為正）增加了勢壘的高度，增加了空間電荷區(qū)的寬度，并且增強了電場。隨著反偏電壓的改變，耗盡區(qū)內的電荷數(shù)量也改變。這個隨電壓改變的電荷量可以用來描述pn結的勢壘電容。線性緩變結是非均勻摻雜結的典型代表。本章我們推導出了有關線性緩變結的電場，內建電勢差，勢壘電容的表達式。這些函數(shù)表達式與均勻摻雜結的情況是不同的。特定的摻雜曲線可以用來實現(xiàn)特定的電容特性。超突變結是一種摻雜濃度從冶金結處開始下降的特殊pn結。這種結非常適用于制作諧振電路中的變容二極管。重要術語解釋突變結近似：認為從中性半導體區(qū)到空間電荷區(qū)的空間電荷密度有一個突然的不連續(xù)。內建電勢差：熱平衡狀態(tài)下pn結內p區(qū)與n區(qū)的靜電電勢差。耗盡層電容：勢壘電容的另一種表達式。耗盡區(qū)：空間電荷區(qū)的另一種表達。超變突結：一種為了實現(xiàn)特殊電容－電壓特性而進行冶金結處高摻雜的pn結，其特點為pn結一側的摻雜濃度由冶金結處開始下降。勢壘電容（結電容）：反向偏置下pn結的電容。線性緩變結：冶金結兩側的摻雜濃度可以由線性分布近似的pn結。冶金結：pn結內p型摻雜與n型摻雜的分界面。單邊突變結：冶金結一側的摻雜濃度遠大于另一側的摻雜濃度的pn結。反偏：pn結的n區(qū)相對于p區(qū)加正電壓，從而使p區(qū)與n區(qū)之間勢壘的大小超過熱平衡狀態(tài)時勢壘的大小。空間電荷區(qū)：冶金結兩側由于n區(qū)內施主電離和p區(qū)內受主電離而形成的帶凈正電與負電的區(qū)域?？臻g電荷區(qū)寬度：空間電荷區(qū)延伸到p區(qū)與n區(qū)內的距離，它是摻雜濃度與外加電壓的函數(shù)。變容二極管：電容隨著外加電壓的改變而改變的二極管。知識點描述空間電荷區(qū)是怎樣形成的。畫出零偏與反偏狀態(tài)下pn結的能帶圖。推導出pn結內建電勢差的表達式。推導出pn結空問電荷區(qū)電場的表達式。描述當pn結外加反偏電壓時空間電荷區(qū)的參數(shù)有什么變化。給出勢壘電容的定義并做出解釋。描述單邊突變結的特性與屬性。描述線性緩變結是怎樣形成的。給出超突變結的定義。復習題給出內建電勢差的定義并描述它是怎樣維持熱平衡的。為什么空間電荷區(qū)內會有電場？為什么均勻摻雜pn結的電場是距離的線性函數(shù)？空間電荷區(qū)內什么位置的電場最大？為什么pn結低摻雜一側的空間電荷區(qū)較寬？空間電荷區(qū)寬度與反偏電壓的函數(shù)關系是什么？為什么空間電荷區(qū)寬度隨著反偏電壓的增大而增加？為什么反偏狀態(tài)下的pn結存在電容？為什么隨著反偏電壓的增加，勢壘電容反而下降？什么是單邊突變結？我們可確定單邊突變結的哪些參數(shù)？什么是線性緩變結？什么是超突變結？這種結的優(yōu)點或特性是什么？pn結二極管小結當pn結外加正偏電壓時（p區(qū)相對與n區(qū)為正），pn結內部的勢壘就會降低，于是p區(qū)空穴與n區(qū)電子就會穿過空間電荷區(qū)流向相應的區(qū)域。本章推導出了與n區(qū)空間電荷區(qū)邊緣處的少子空穴濃度和p區(qū)空間電荷區(qū)邊緣處的少子濃度相關的邊界條件。注入到n區(qū)內的空穴與注入到p區(qū)內的電子成為相應區(qū)域內的過剩少子。過剩少子的行為由第六章中推導的雙極輸運方程來描述。求出雙極輸運方程的解并將邊界條件代入，就可以求出n區(qū)與p區(qū)內穩(wěn)態(tài)少數(shù)載流子的濃度分布。由于少子濃度梯度的存在，pn結內存在少子擴散電流。少子擴散電流產(chǎn)生了pn結二極管的理想電流－電壓關系。本章得出了pn結二極管的小信號模型。最重要的兩個參數(shù)是擴散電阻與擴散電容反偏pn結的空間電荷區(qū)內產(chǎn)生了過剩載流子。在電場的作用下，這些載流子被掃處了空間電荷區(qū)，形成反偏產(chǎn)生電流。產(chǎn)生電流是二極管反偏電流的一個組成部分。Pn結正偏時，穿過空間電荷區(qū)的過剩載流子可能發(fā)生復合，產(chǎn)生正偏復合電流。復合電流是pn結正偏電流的另一個組成部分。當pn結的外加反偏電壓足夠大時，就會發(fā)生雪崩擊穿。此時，pn結體內產(chǎn)生一個較大的反偏電流。擊穿電壓為pn結摻雜濃度的函數(shù)。在單邊pn結中，擊穿電壓是低摻雜一側摻雜濃度的函數(shù)。當pn結由正偏狀態(tài)轉換到反偏狀態(tài)時，pn結內存儲的過剩少數(shù)載流子會被移走，即電容放電。放電時間稱為存儲時間，它是二極管開關速度的一個限制因素。重要術語解釋雪崩擊穿：電子和空穴穿越空間電荷區(qū)時，與空間電荷區(qū)內原子的電子發(fā)生碰撞產(chǎn)生電子－空穴對，在pn結內形成一股很大的反偏電流，這個過程就稱為雪崩擊穿。載流子注入：外加偏壓時，pn結體內載流子穿過空間電荷區(qū)進入p區(qū)或n區(qū)的過程。臨界電場：發(fā)生擊穿時pn結空間電荷區(qū)的最大電場強度。擴散電容：正偏pn結內由于少子的存儲效應而形成的電容。擴散電導：正偏pn結的低頻小信號正弦電流與電壓的比值。擴散電阻：擴散電導的倒數(shù)。正偏：p區(qū)相對于n區(qū)加正電壓。此時結兩側的電勢差要低于熱平衡時的值。產(chǎn)生電流：pn結空間電荷區(qū)內由于電子－空穴對熱產(chǎn)生效應形成的反偏電流。長二極管：電中性p區(qū)與n區(qū)的長度大于少子擴散長度的二極管。復合電流：穿越空間電荷區(qū)時發(fā)生復合的電子與空穴所產(chǎn)生的正偏pn結電流。反向飽和電流：電中性p區(qū)與n區(qū)中至少有一個區(qū)的長度小于少子擴散長度的pn結二極管。短二極管:電中性p區(qū)與n中至少有一個區(qū)的長度小子少子擴散長度的pn結二極管。存儲時間：當pn結二極管由正偏變?yōu)榉雌珪r，空間電荷區(qū)邊緣的過剩少子濃度由穩(wěn)態(tài)值變成零所用的時間。知識點描述外加正偏電壓的pn結內電荷穿過空間電荷區(qū)流動的機制。說出空間電荷區(qū)邊緣少子濃度的邊界條件。推出pn結內穩(wěn)態(tài)少子濃度的表達式。推出理想pn結的電流-電壓關系。描述短二極管的特點。描述什么是擴散電阻與電容。描述pn結內的產(chǎn)生與復合電流。描述pn結的雪崩擊穿機制。描述pn結的關瞬態(tài)。復習題為什么正偏pn結的勢壘高度會下降？在(a)正偏、(b)反偏狀態(tài)下，寫出過剩少子濃度的邊界條件。畫出正偏pn結的穩(wěn)態(tài)少子濃度分布圖。解釋pn結二極管的理想I-V關系。畫出正偏pn結二極管的電子和空穴電流圖。什么是短二極管？(a)解釋擴散電容的形成機制；(b)什么是擴散電阻？解釋(a)產(chǎn)生電流與(b)復合電流的形成機制。為什么隨著摻雜濃度的增大，擊穿電壓反而下降？解釋什么是存儲時間。金屬半導體和半導體異質結小結輕參雜半導體上的金屬可以和半導體形成整流接觸，這種接觸稱為肖特基勢壘二極管。金屬與半導體間的理想勢壘高度會因金屬功函數(shù)和半導體的電子親和能的不同而不同。當在n型半導體和金屬之間加上一個正電壓是（即反偏），半導體與金屬之間的勢壘增加，因此基本上沒有載流子的流動。當金屬與n型半導體間加上一個正電壓時（即正偏），半導體與金屬間的勢壘降低，因此電子很容易從半導體流向金屬，這種現(xiàn)象稱為熱電子發(fā)射。肖特基勢壘二極管的理想i-v關系與pn結二極管的相同。然而，電流值的數(shù)量級與pn結二極管的不同，肖特基二極管的開關速度要快一些。另外，肖特基二極管的反向飽和電流比pn結的大，所以在達到與pn結二極管一樣的電流時，肖特基二極管需要的正的偏壓要低。金屬-半導體也可能想成歐姆接觸，這種接觸的接觸電阻很低，是的結兩邊導通時結兩邊的壓降很小。兩種不同能帶系的半導體材料可以形成半導體異質結。異質結一個有用的特性就是能在表面形成勢壘。在與表面垂直的方向上，電子的活動會受到勢肼的限制，但電子在其他的兩個方向可以自由的流動。重要術語解釋反型異質結：參雜劑在冶金結處變化的異質結。電子親和規(guī)則：這個規(guī)則是指，在一個理想的異質結中，導帶處的不連續(xù)性是由于兩種半導體材料的電子親和能是不同的引起的。異質結：兩種不同的半導體材料接觸形成的結。鏡像力降低效應：由于電場引起的金屬-半導體接觸處勢壘峰值降低的現(xiàn)象。同型異質結：參雜劑在冶金結處不變的異質結。歐姆接觸：金屬半導體接觸電阻很低，且在結兩邊都能形成電流的接觸。理查德森常數(shù)：肖特基二極管中的I-V關系中的一個參數(shù)A*。肖特基勢壘高度：金屬-半導體結中從金屬到半導體的勢壘Φbn。肖特基效應：鏡像力降低效應的另一種形式。單位接觸電阻：金屬半導體接觸的J-V曲線在V=0是的斜率的倒數(shù)。熱電子發(fā)射效應：載流子具有足夠的熱能時，電荷流過勢壘的過程。隧道勢壘：一個薄勢壘，在勢壘中，其主要作用的電流是隧道電流。二維電子氣：電子堆積在異質結表面的勢肼中，但可以沿著其他兩個方向自由流動。知識點能大致畫出肖特基勢壘二極管在零偏、反偏以及正偏時的能帶圖。描述肖特基勢壘二極管正偏時的電荷流動情況。解釋肖特基勢壘降低現(xiàn)象以及這種現(xiàn)象對肖特基勢壘二極管反向飽和電流的影響。解釋表面態(tài)對肖特基勢壘二極管的影響。說出肖特基勢壘二極管反向飽和電流比pn結二極管反向飽和電流大的一個應用。解釋歐姆接觸。繪出nN異質結的能帶圖。解釋二維電子氣的含義。復習題什么是理想肖特基勢壘高度？在能帶圖上指出肖特基勢壘高度。用能帶圖簡要地說明肖特基勢壘降低的影響。肖特基勢壘二極管正偏時的電荷流動情況是怎樣的？比較肖特基勢壘二極管與pn結二極管正偏時的I-V特性。大致繪出金屬-半導體結在Φm<Φt時的能帶圖，并解釋為什么這是一個歐姆接觸？大致繪出隧道結的能帶圖，并解釋為什么這是一個歐姆接觸？什么是異質結？什么是二維電子氣？雙極晶體管小結有兩種類型的的雙極晶體管，即npn和pnp型。每一個晶體管都有三個不同的參雜區(qū)和兩個pn結。中心區(qū)域（基區(qū)）非常窄，所以這兩個結成為相互作用結。晶體管工作于正向有源區(qū)時，B-E結正偏，B-C結反偏。發(fā)射區(qū)中的多子注入基區(qū)，在那里，他們變成少子。少子擴散過基區(qū)進入B-C結空間電荷區(qū)，在那里，他們被掃入集電區(qū)。當晶體管工作再正向有源區(qū)時，晶體管一端的電流（集電極電流）受另外兩個端點所施加的電壓（B-E結電壓）的控制。這就是其基本的工作原理。晶體管的三個擴散區(qū)有不同的少子濃度分布。器件中主要的電流由這些少子的擴散決定。共發(fā)射極電流增益是三個因子的函數(shù)發(fā)射極注入效率系數(shù)，基區(qū)輸運系數(shù)和復合系數(shù)。發(fā)射極注入效率考慮了從基區(qū)注入到發(fā)射區(qū)的載流子，基區(qū)輸運系數(shù)反映了載流子在基區(qū)的復合，復合系數(shù)反映了載流子在正偏發(fā)射結內部的復合。考慮了幾個非理想效應：基區(qū)寬度調制效應，說著說是厄爾利效應中性基區(qū)寬度隨B-C結電壓變化而發(fā)生變化，于是集電極電流隨B-C結或C-E結電壓變化而變化。大注入效應使得集電極電流隨C-E結電壓增加而以低速率增加。發(fā)射區(qū)禁帶變窄效應是的發(fā)射區(qū)參雜濃度非常高時發(fā)射效率變小。電流集邊效應使得發(fā)射極邊界的電流密度大于中心位置的電流密度。基區(qū)非均勻摻雜在基區(qū)中感生出靜電場，有助于少子度越基區(qū)。兩種擊穿機制穿通和雪崩擊穿。晶體管的三種等效電路或者數(shù)學模型。E-M模型和等效電路對于晶體管的所有工作模式均適用。基區(qū)為非均勻摻雜時使用G-P模型很方便。小信號H-P模型適用于線性放大電路的正向有源晶體管。晶體管的截止頻率是表征晶體管品質的一個重要參數(shù)，他是共發(fā)射極電流增益的幅值變?yōu)?時的頻率。頻率響應是E-B結電容充電時間、基區(qū)度越時間、集電結耗盡區(qū)度越時間和集電結電容充電時間的函數(shù)。雖然開關應用涉及到電流和電壓較大的變化，但晶體管的開關特性和頻率上限直接相關，開關特性的一個重要的參數(shù)是點和存儲時間，它反映了晶體管有飽和態(tài)轉變變成截止態(tài)的快慢。重要術語解釋a截止頻率：共基極電流增益幅值變?yōu)槠涞皖l值的1根號2時的頻率，就是截止頻率。禁帶變窄：隨著發(fā)射區(qū)中摻雜，禁帶的寬度減小?；鶇^(qū)渡越時間：少子通過中性基區(qū)所用的時間?；鶇^(qū)輸運系數(shù)：共基極電流增益中的一個系數(shù)，體現(xiàn)了中性基區(qū)中載流子的復合。基區(qū)寬度調制效應：隨C-E結電壓或C-B結電壓的變化，中性基區(qū)寬度的變化。B截止效率：共發(fā)射極電流增益幅值下降到其頻值的1根號2時的頻率。集電結電容充電時間：隨發(fā)射極電流變化，B-C結空間電荷區(qū)和急電區(qū)-襯底結空間電荷區(qū)寬度發(fā)生變化的時間常數(shù)。集電結耗盡區(qū)渡越時間：載流子被掃過B-C結空間電荷區(qū)所需的時間。共基極電流增益：集電極電流與發(fā)射極電流之比。共發(fā)射極電流增益：集電極電流與基極電流之比。電流集邊：基極串聯(lián)電阻的橫向壓降使得發(fā)射結電流為非均勻值。截止：晶體管兩個結均加零偏或反偏時，晶體管電流為零的工作狀態(tài)。截止頻率：共發(fā)射極電流增益的幅值為1時的頻率。厄爾利電壓：反向延長晶體管的I-V特性曲線與電壓軸交點的電壓的絕對值。E-B結電容充電時間：發(fā)射極電流的變化引起B(yǎng)-E結空間電荷區(qū)寬度變化所需的時間。發(fā)射極注入效率系數(shù)：共基極電流增益的一個系數(shù)，描述了載流子從基區(qū)向發(fā)射區(qū)的注入。正向有源：B-E結正偏、B-C結反偏時的工作模式。反向有源：B-E結反偏、B-C結正偏時的工作模式。輸出電導：集電極電流對C-E兩端電壓的微分之比。知識點描述晶體管的基本工作情況。畫出晶體管工作于不同的模式時，熱平衡時的能帶圖。發(fā)射結加電壓后，近似計算集電極電流。畫出晶體管在不同工作情況下的少予濃度分布草圖。由少子分布曲線，確定晶體管中不同的擴散電流和其他的電流成分。解釋限制電流增益的各種因素的物理機理。由晶體管中的電流成分來定義限制電流的因素。描述基區(qū)寬度調制效應及其對晶體管的，IV特性產(chǎn)生影響的物理機理。描述雙極晶體管的擊穿機理。畫出晶體管工作于正向有源區(qū)時，簡化的小信號H-P等效電路。定性描述雙極晶體管的頻率響應的四個延時或時問常數(shù)。復習題描述工作在正向有源區(qū)時npn型雙極晶體管的電荷流動情況，電流是擴散電流還是漂移電流？定義共發(fā)射極電流增益并解釋為什么在近似情況下電流增益為一個常數(shù)。解釋晶體管在截止、飽和和反向有源區(qū)時的工作情況。畫出pnp型雙極晶體管在正向有源區(qū)時的少子濃度分布。定義并描述共基極電流增益的三個限制因素。什么是基區(qū)寬度調制效應？該效應的另一個稱呼是什么？什么是大注入？解釋發(fā)射極電流集邊效應。定義ICBO和ICEO，解釋為什么ICHO>ICBO。畫出npn型雙極晶體管的簡化H-P模型，解釋什么時候用到該模型。描述限制雙極晶體管的頻率響應的延時因素。什么是雙極晶體管的截止頻率？描述雙極晶體管在飽和區(qū)和截止區(qū)之間轉換的過程。金屬-氧化物-半導體場效應晶體管基礎小結這一章討論了MOSFET的基本物理結構和特性MOSFET的核心為MOS電容器。與氧化物-半導體界面相鄰的半導體能帶是玩去的，他由加載MOS電容器上的電壓決定。表面處導帶和價帶相對于費米能級的位置是MOS電容器電壓的函數(shù)。氧化層-半導體界面處的半導體表面可通過施加正偏柵壓由到發(fā)生反型，或者通過施加負柵壓由n型到p型發(fā)生發(fā)型。因此在于氧化層相鄰處產(chǎn)生了反型層流動電荷?；綧OS場效應原理是有反型層電荷密度的調制作用體現(xiàn)的。討論了MOS電容器的C-V特性。例如，等價氧化層陷阱電荷密度和界面態(tài)密度可由C-V測量方法決定。兩類基本的MOSFET為n溝和p溝，n溝中的電流由反型層電子的流動形成，p溝中的電流由反型層空穴流動形成。這兩類器件都可以是增強型的，通常情況下器件是關的，需施加一個柵壓才能使器件開啟；也可以是耗盡型的，此時在通常情況下器件是開的，需施加一個柵壓才能使器件關閉。平帶電壓是滿足條件時所加的柵壓，這時導帶和價帶不發(fā)生彎曲，并且半導體中沒有空間電荷區(qū)。平帶電壓時金屬-氧化層勢壘的高度、半導體-氧化層勢壘高度以及固定氧化層陷阱電荷數(shù)量的函數(shù)。閾值電壓是指半導體表面達到閾值反型點時所加的柵壓，此時反型層電荷密度的大小等于半導體摻雜濃度。閾值電壓是平帶電壓、半導體摻雜濃度和氧化層厚度的函數(shù)。MOSFET中的電流是由反型層載流子在漏源之間的流動形成的。反型層電荷密度和溝道電導是由柵壓控制，這意味著溝道電流被柵壓控制。當晶體管偏置在非飽和區(qū)（VDS<VDS(sat)）時，漏源之間的整個溝道中都有反型電荷存在。漏電流是柵源電壓和漏源電壓的函數(shù)，當晶體管工作在飽和區(qū)（VDS>VDS(sat)）時，反型電荷密度在漏端附近被夾斷，此時理想漏電流僅是柵源電壓的函數(shù)。實際的MOSFET是一個四端器件，在襯底或體為第四端。隨著反偏源-襯底電壓的增加，閾值電壓增大。在源端和襯底不存在電學連接的集成電路中，襯底偏置效應變得很重要。討論了含有電容的MOSFET小信號等效電路。分析了影響頻率限制的MOSFET的一些物理因素。特別的，由于密勒效應，漏源交替電容成為了MOSFET頻率響應的一個制約罌粟。作為器件頻率響應的一個特點，截止頻率反比于溝道長度，因此，溝道長度的減小將導致MOSFET頻率性能的提高。簡要討論了n溝和p溝器件制作在同一塊芯片上的CMOS技術。被電學絕緣的p型和n型襯底區(qū)時電容兩類晶體管的必要條件。有不同的工藝來實現(xiàn)這一結構。CMOS結構中遇到的一個潛在問題是閂鎖現(xiàn)象，即可能發(fā)生在四層pnpn結構中的高電流、低電壓情況。重要術語解釋堆積層電荷：由于熱平衡載流子濃度過剩而在氧化層下面產(chǎn)生的電荷。體電荷效應：由于漏源電壓改變而引起的沿溝道長度方向上的空間電荷寬度改變所導致的漏電流偏離理想情況。溝道電導：當VDS0時漏電流與漏源電壓改變的過程。CMOS：互補MOS；將p溝和n溝器件制作在同一芯片上的電路工藝。截至頻率：輸入交流柵電流等于輸處交流漏電流時的信號頻率。耗盡型MOSFET：必須施加柵電壓才能關閉的一類MOSFET。增強型MOSFET：鼻血施加柵電壓才能開啟的一類MOSFET。等價固定氧化層電荷：與氧化層－半導體界面緊鄰的氧化層中的有效固定電荷，用Q'SS表示。平帶電壓：平帶條件發(fā)生時所加的柵壓，此時在氧化層下面的半導體中沒有空閑電荷區(qū)。柵電容充電時間：由于柵極信號變化引起的輸入柵電容的充電或放電時間。反型層電荷：氧化層下面產(chǎn)生的電荷，它們與半導體摻雜的類型是相反的。反型層遷移率：反型層中載流子的遷移率。最大空間電荷區(qū)寬度：閾值反型時氧化層下面的空間電荷區(qū)寬度。金屬－半導體功函數(shù)差：金屬功函數(shù)和電子親和能之差的函數(shù)，用ms表示。臨界反型：當柵壓接近或等于閾值電壓時空間電荷寬度的微弱改變，并且反型層電荷密度等于摻雜濃度時的情形。柵氧化層電容：氧化層介電常數(shù)與氧化層厚度之比，表示的是單位面積的電容，記為Cox。飽和：在漏端反型電荷密度為零且漏電流不再是漏源電壓的函數(shù)的情形。強反型：反型電荷密度大于摻雜濃度時的情形。閾值反型點：反型電荷密度等于摻雜濃度時的情形。閾值電壓：達到閾值反型點所需的柵壓。跨導：漏電流ude該變量與其對應的柵壓該變量之比。弱反型：反型電流密度小于摻雜濃度時的情形。知識點繪出在不同偏置情況下的MOS電容器的能帶圖。描述MOS電容器中反型層電荷的產(chǎn)生過程。分析當反型層形成時空間電荷寬度達到最大值的原因。分析金屬-半導體功函數(shù)差的意義。使用鋁柵、n+多晶硅柵、p+多晶硅柵時，這個值為什么不同。復習題分別繪出工作在堆積、耗盡和反型模式下的n型襯底MOS電容器的能帶圖。描述反型層電荷的意義及其在p型襯底MOS電容器中是如何形成的。為什么當反型層形成時MOS電容器的空間電荷區(qū)就能達到最大寬度？定義MOS電容器中的電子親合能。繪出零偏置下p型襯底、n+多晶硅柵MOS結構的能帶圖。定義平帶電壓。定義閾值電壓。繪出低頻時n型襯底MOS電容器的c-v特性曲線。當高頻時曲線如何變化？說明高頻時p型襯底MOS電容器c-v特性曲線中平帶時的近