2015半导体物理器件期末考试试题(全).doc

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。
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。这里将它们统称为大注入效应。
23、 电流集边效应：在大电流下，基极的串联电阻上产生一个大的压降，使得发射极由边缘到中心的电场减小，从而电流密度从中心到边缘逐步增大，出现了发射极电流在靠近基区的边缘逐渐增大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区电阻自偏压效应。

24、 基区运输因子：共基极电流增益中的一个系数，体现了中性基区中载流子的复合（后面问答题出现了）
25、 表面电场效应：半导体中的电导被垂直于半导体表面电场调制的现象。
26、 肖特基势垒场效应：当半导体加正向偏压时，半导体—金属势垒高度增大，无电荷流动，形成反偏；在金属上加正向偏压时，半导—金属势垒高度减小，电子从半导体流向金属，形成正偏。
27、 发射效率：有效注入电流占发射极总电流的比例。（后面的问答题出现了）
28、 反型层：绝缘层和衬底界面上出现与衬底中多数载流子极性相反的电荷，称为反型层。
29、辐射复合：根据能量守恒原则，电子与空穴复合时应释放一定的能量，如果能量以光子的形式放出，这种复合成为辐射复合。
30、光生伏特效应：指光照使不均匀半导体或者半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。

二、画图题。
1、画出零偏、反偏、正偏状态下pn结的能带图

2、画出堆积、平带、耗尽、本征及反型状态下，MOS电容器的能带图，以P/N型，Si为衬底

3、画出平衡状态下金属与P/N型半导体接触图，其中WmWs,并说明属于何种接触。

4、画出PN结的实际I-V特性图，并说明其与理想情况的区别。

5、画出共源N沟道MOSFET的小信号等效电路，并解释每个电容的物理来源。

参数Cds为漏-衬底Pn结电容，参数Cgst、Cgdt为总栅源电容和总栅漏电容。

三、问答题。
1、空间电荷区宽度与反偏电压的函数关系是什么？为什么空间电荷区宽度随着反偏电压的增大而增大？

原因：在给定的杂质掺杂浓度条件下，耗尽区内的正负电荷要想增加，空间电荷区的宽度W就必须增大，因此，空间电荷区随着外加反偏电压Vr的增加而展宽。

2、pn结处于正向偏置和反向偏置下，说明其少数载流子的运动规律。
答：pn结处于正向偏置下，电子向p区扩散，空穴向n区扩散（少子注入）；非平衡少子边扩散边与多子复合，并在扩散长度处基本被全部复合。
Pn结处于反向偏置下，空间电荷区及其边界少子浓度低于平衡值，扩散长度范围内少子向xm内扩散，并在电场作用下漂移进对方电极形成漂移电流。

3、详细说明肖特基二极管与普通二极管的区别。
答：1. I-V关系式形式相同，由于电流输运 机制不同，肖特基二极管的电流要比pn结大几个数量级。
2. 相应的肖特基二极管的导通压降也比较低。
3. 因为肖特基二极管是单极性器件，只有多子，少子很少，可认为无少子存储电荷，高频特性好，开关时间短，一般在ps数量级。pn结开关时间在ns数量级。

4、阈值电压的定义，并解释什么是阈值电压的表面势？
答：阈值电压：达到阈值反型点所需的栅压。阈值反型点为对于P型器件当表面势φs=2φfp时或对于n型器件当表面势φs=2φfn时的期间状态。
阈值电压的表面势：它是体内EFi与表面EFi的势垒高度。
5、说明MOS电容器中反型层电荷的产生过程。
6、写出实际MOS阈值电压表达式并说明试中各项的物理意义。

式中第一项是为消除半导体和金属的功函数差的影响，所需要的平带电压；第二项是为了消除绝缘层中正电荷的影响，所需要的平带电压；第三项是当半导体表面开始出现强反型时，半导体空间电荷区中的电荷BQ与金属电极的相应电荷在绝缘层上所产生的电压降，亦即支撑出现强反型时所需要的体电荷BQ所需要的外加电压；第四项是，开始出现强反型层时，半导体表面所需的表面势，也就是跨在空间电荷区上的电压降。

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