半導(dǎo)體器件物理復(fù)習(xí)指導(dǎo)綱要

1、半導(dǎo)體器件物理復(fù)習(xí)指導(dǎo)綱要半導(dǎo)體器件物理復(fù)習(xí)指導(dǎo)綱要說(shuō)明：1.半導(dǎo)體器件物理復(fù)習(xí)指導(dǎo)綱要（以下簡(jiǎn)稱綱要）是為吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院本科生準(zhǔn)備半導(dǎo)體器件物理課程的學(xué)期末考試所提供的參考資料。綱要也可作為吉林大學(xué)微電子學(xué)與固體電子學(xué)專業(yè)攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試參考資料。作為研究生入學(xué)考試將出現(xiàn)百分之五百分之十的更高能力考察題，這些題可能出現(xiàn)也可能沒(méi)有出現(xiàn)在綱要中。本科生的學(xué)期末考試將不考察綱要中所出現(xiàn)的更高能力考察題（題）。試題可能在綱要原題基礎(chǔ)上略加變化。5.0題-自綱要發(fā)布起兩年內(nèi)兩年（含當(dāng)年）不考試。6為適應(yīng)不斷深入的教學(xué)改革的需要，綱要的內(nèi)容可能每年有所變化。變化將在國(guó)家精品課程半導(dǎo)

2、體器件物理與實(shí)驗(yàn)網(wǎng)站論壇中通知。7.綱要僅為參考資料，錯(cuò)誤之處請(qǐng)諒解并歡迎指正。復(fù)習(xí)內(nèi)容基本概念與問(wèn)題解釋主要理論推導(dǎo)與命題證明主要圖、表重要習(xí)題解答更高能力考察問(wèn)題（包括題）參考資料一孟慶巨劉海波孟慶輝著半導(dǎo)體器件物理科學(xué)出版社2005.1第一次印刷2007.3第三次印刷學(xué)生課堂筆記半導(dǎo)體器件物理學(xué)習(xí)指導(dǎo)孟慶巨編吉林大學(xué)國(guó)家精品課程網(wǎng)站半導(dǎo)體器件物理學(xué)生作業(yè).歷年期末試題歷年吉林大學(xué)微電子學(xué)與固體電子學(xué)專業(yè)攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)試題及復(fù)試試題第二章PN結(jié)一.基本概念與問(wèn)題解釋（37個(gè)）PN結(jié)同質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)0同型結(jié)0異型結(jié)0高低結(jié)金屬-半導(dǎo)體結(jié)突變結(jié)線性緩變結(jié)單邊突變結(jié)空間電荷區(qū)中性區(qū)耗盡區(qū)耗盡

3、近似勢(shì)壘區(qū)少子擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散近似正向注入反向抽取正偏復(fù)合電流反偏產(chǎn)生電流隧道電流產(chǎn)生隧道電流的條件隧道二極管的主要特點(diǎn)過(guò)渡電容（耗盡層電容）擴(kuò)散電容等效電路反向瞬變電荷貯存貯存電荷隧道擊穿雪崩擊穿臨界電場(chǎng)雪崩倍增因子雪崩擊穿判據(jù)利用熱平衡費(fèi)米能級(jí)恒定的觀點(diǎn)分析PN結(jié)空間電荷區(qū)的形成。從載流子擴(kuò)散與漂移的角度分析PN結(jié)空間電荷區(qū)的形成。根據(jù)載流子擴(kuò)散與漂移的觀點(diǎn)分析PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。寫出邊界條件公式（2-29）,（2-30），說(shuō)明PN結(jié)的正向注入和反向抽取作用。解答：1.教材學(xué)習(xí)指導(dǎo)。二.理論推導(dǎo)與命題證明（12個(gè)）1推導(dǎo)公式（2-7）即證明PN結(jié)空間電荷區(qū)內(nèi)建電勢(shì)差為方法1:教材P59推導(dǎo)方法方

4、法2:熱平衡時(shí)凈電子電流為零即方法3.熱平衡時(shí)系統(tǒng)的費(fèi)米能級(jí)恒定即利用EFN=EFP2推導(dǎo)公式（2-14）（2-17）。解：教材P60P61推導(dǎo)。3導(dǎo)出加偏壓V的PN結(jié)空間電荷區(qū)邊緣非平衡少子濃度值。解：方法1:教材P65推導(dǎo)方法2:在處。方法2能夠給出一般情況下，小注入，大注入情況下的非平衡少子濃度值。4.推導(dǎo)公式（2-37）：和解：學(xué)習(xí)指導(dǎo)第二章PN結(jié)。5推導(dǎo)PN結(jié)I-V特性公式（2-48）,（2-49）。解：教材P67-6806推導(dǎo)PN結(jié)空間電荷區(qū)的復(fù)合電流和產(chǎn)生電流即公式（2-57）和（2-61）。解：教材P727307推導(dǎo)PN結(jié)I-V特性的溫度依賴關(guān)系。解:1教材P7778課堂筆記。

5、08.推導(dǎo)求雜質(zhì)分布公式（2-82）。解:1教材P79-80。2學(xué)習(xí)指導(dǎo)。9導(dǎo)出長(zhǎng)PN結(jié)二極管交流小信號(hào)導(dǎo)納表達(dá)式（2-104）。解:1.教材P7778；2學(xué)習(xí)指導(dǎo)。10.證明PN結(jié)N側(cè)貯存空穴電荷為解：見(jiàn)學(xué)習(xí)指導(dǎo)。011利用電荷控制方程導(dǎo)出電荷貯存時(shí)間公式2112）。解：學(xué)習(xí)指導(dǎo)。012.推導(dǎo)雪崩倍增因子公式（2-124）。解:1教材P8990推導(dǎo)課堂筆記。三主要圖、表（5個(gè)）正確畫出熱平衡PN結(jié)能帶圖2-3,根據(jù)能帶圖解釋PN結(jié)空間電荷區(qū)的形成。解答：1教材P582學(xué)習(xí)指導(dǎo)2正確畫出偏壓PN結(jié)能帶圖2-5；根據(jù)能帶圖和修正歐姆定律分析PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。解答?教材P632學(xué)習(xí)指導(dǎo)正確畫出

6、PN結(jié)正，反偏壓情況下少子分布，電流分布示意圖2-8、2-9。解答：1課堂筆記2學(xué)習(xí)指導(dǎo)04.隧道二極管工作原理能帶圖2-12和I-V特性圖2-14a。解答：1課堂筆記2學(xué)習(xí)指導(dǎo)5二極管等效電路圖2-20。解答：1課堂筆記2學(xué)習(xí)指導(dǎo)四重要習(xí)題（7個(gè)）3，2-5，2-11，2-12，2-13，2-18，2-19（補(bǔ)）解答：1學(xué)習(xí)指導(dǎo)2學(xué)生作業(yè)2-19（補(bǔ)）解答:學(xué)生作業(yè)。五更高能力考察問(wèn)題（3個(gè)）1利用少子分布示意圖2-22定性解釋PN結(jié)反向瞬變現(xiàn)象。2習(xí)題2-17。3推導(dǎo)題3之方法2.第三章雙極結(jié)型晶體管一.基本概念與問(wèn)題解釋發(fā)射極注射效率基區(qū)輸運(yùn)因子共基極直流電流增益共發(fā)射極電流增益共基極截

7、止頻率共發(fā)射極截止頻率增益-帶寬乘積電流集聚效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)(Early效應(yīng))基區(qū)渡越時(shí)間科爾克(Kirk)效應(yīng)輸入導(dǎo)納跨導(dǎo)根梅爾(Gummel)數(shù)穿通擊穿BJT的四種工作模式及工作條件寫出BJT的少子邊界條件定性及半定量說(shuō)明BJT的開關(guān)作用。二.理論推導(dǎo)與命題證明(6個(gè))01-解擴(kuò)散方程導(dǎo)出基區(qū)少子分布公式(3-18)，電流公式(3-19),(3-20)。02.解擴(kuò)散方程導(dǎo)出發(fā)射區(qū)少子空穴分布公式(3-23)，電流公式(3-24)03.解擴(kuò)散方程導(dǎo)出集電區(qū)少子空穴分布公式(3-25)，電流公式(3-26)4導(dǎo)出NPN緩變基區(qū)晶體管：基區(qū)的緩變雜質(zhì)分布引入的自建電場(chǎng)：基區(qū)內(nèi)電子分布(3-5

8、5)：電流(3-56)：基區(qū)輸運(yùn)因子(3-59)：解:1教材P112-113推導(dǎo)學(xué)習(xí)指導(dǎo)利用和之間的關(guān)系證明：。證明：比較，有:06.根據(jù)基區(qū)電荷控制方程導(dǎo)出：(3-98)。解：詳見(jiàn)學(xué)習(xí)指導(dǎo)%4.導(dǎo)出基區(qū)穿通電壓解：見(jiàn)學(xué)習(xí)指導(dǎo)三重要圖、表(8個(gè))1.畫出圖3.6并根據(jù)圖3-6說(shuō)明BJT的放大作用。解：教材p98-992畫出BJT電流分量示意圖3.7，寫出各極電流及極電流之間關(guān)系公式。(3-1)(3-4)。解：教材p100解釋圖3.13中的電流增益隨集電極電流的變化。解:1教材P108學(xué)習(xí)指導(dǎo)畫出四種工作模式少子分布示意圖3.14。解：教材p1095畫出圖3-15C并根據(jù)圖3-15C寫出E-M方

9、程，由E-M方程寫出四種模式下E-M方程的具體形式。解：教材p111圖3-15.由E-M方程正向有源模式：VE0,VC0反向有源模式：VE0截止模式：VE0,VC0,VC02.6畫出BJT小信號(hào)等效電路圖3.23根據(jù)等效電路圖導(dǎo)出公式（3-85）和（3-86）。解答：1教材P120學(xué)習(xí)指導(dǎo)學(xué)生作業(yè)7圖3-25BJT開關(guān)輸出電流波形中輸出電流從0.1ICS上升到0.9ICS,從0.9ICS上升到ICS,ts時(shí)段，從ICS下降到0.9ICS,從0.9ICS下降到0.1ICS,從0.1ICS下降到零分別對(duì)應(yīng)那種貯存電荷的建立或去除？8畫出空間電荷示意圖和能帶圖3.28，解釋穿通擊穿現(xiàn)。解答：1教材P

10、1202學(xué)習(xí)指導(dǎo)四重要習(xí)題（8個(gè)）1解:學(xué)生作業(yè)3-6.解：1學(xué)習(xí)指導(dǎo)2學(xué)生作業(yè)3-7解：學(xué)生作業(yè)3-8解：學(xué)生作業(yè)3-10解：學(xué)生作業(yè)3-12.解：學(xué)生作業(yè)3-15.解：1學(xué)習(xí)指導(dǎo)2學(xué)生作業(yè)3-17解：1學(xué)習(xí)指導(dǎo)2學(xué)生作業(yè)五.更高能力考察問(wèn)題（4個(gè)）1設(shè)NPN雙極結(jié)型晶體管有效基區(qū)邊界分別為0和。在下列三種邊界條件下解擴(kuò)散方程求基區(qū)少子分布和電流分布（2009推免碩士生復(fù)試試題）。（1）（2）（3）問(wèn)題（1）給出的是穿透電流ICEO問(wèn)題（2）給出的是反偏PN結(jié)電流問(wèn)題（3）給出的是ICBO即BJT的發(fā)射極開路，集電極反向電流。2因此問(wèn)題1的另一種提法：導(dǎo)出BJT的ICEO和ICBO并與反偏P

11、N結(jié)電流比較（2009推免碩士生復(fù)試試題）。NPN雙極結(jié)型晶體管發(fā)射區(qū)雜質(zhì)分布為。1、導(dǎo)出發(fā)射區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)：2、試求出發(fā)射區(qū)少子空穴分布。3、試求出發(fā)射區(qū)少子空穴電流。（2009推免碩士生復(fù)試試題）。解：1，有對(duì)x從-xE到x積分:+代入上式得4證明平面型雙擴(kuò)散晶體管的穿透電壓可用下式表示：式中為根梅爾數(shù)。解：穿通擊穿（基區(qū)穿通）是BJT的一種穿通擊穿機(jī)。是在共發(fā)射極接法中，當(dāng)基極開路ffiVCE增加時(shí)，BC結(jié)反偏壓上升使BC結(jié)空間電荷區(qū)展寬，其中在中性基這一邊可能使基區(qū)全部變成耗盡層，而和BE結(jié)的空間電荷區(qū)連通，于是反偏壓會(huì)使發(fā)射結(jié)勢(shì)壘高度降低。從而使很大的發(fā)射極電流流過(guò)晶體管，這種現(xiàn)象稱為穿

12、通擊穿或基區(qū)穿通，如圖所示，導(dǎo)出穿通擊穿時(shí)擊穿電壓表達(dá)式。（a）（b）Fig3-28根據(jù)Fig3-28（b）,為基區(qū)的冶金學(xué)寬度，是BC結(jié)延伸到基區(qū)中的SCR寬度，忽略BE結(jié)在零偏或正偏壓時(shí)的SCR寬度，那么當(dāng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)基區(qū)穿通，從而有穿通時(shí)，集電結(jié)反偏壓VBC,故穿通電壓為例：一均勻基區(qū)硅BJT,基區(qū)寬度為，基區(qū)雜質(zhì)濃度。若穿通電壓期望值為BVBC=25V,集電區(qū)摻雜濃度為若干？如果不使集電區(qū)穿通，集電區(qū)寬度至少應(yīng)大于多少？解:得到集電區(qū)空間電荷區(qū)寬度忽略，穿通擊穿時(shí)，BVBC=25V，則集中區(qū)寬度至少要大于。注：?jiǎn)芜呁蛔兘Y(jié)，空間電荷區(qū)有關(guān)公式，由習(xí)題（2-5）給出。第四章金屬半導(dǎo)體結(jié)一基本概

13、念與問(wèn)題解釋（7個(gè)）M-S結(jié)的兩個(gè)效應(yīng)整流接觸（整流結(jié)）歐姆接觸（非整流結(jié)）肖特基勢(shì)壘高度肖特基效應(yīng)（鏡象力使勢(shì)壘降低的效應(yīng)）肖特基勢(shì)壘二極管和PN結(jié)二極管之間的比較。解：基本區(qū)別在于肖特基勢(shì)壘二極管是多子器件，PN結(jié)二極管是少子器件。因此：（1）由于沒(méi)有少數(shù)載流子貯存，貯存時(shí)間可忽略不計(jì)，肖特基勢(shì)壘二極管對(duì)于高頻和快速開關(guān)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是理想的；2）由于多數(shù)載流子電流遠(yuǎn)高于少數(shù)載流子電流，肖特基勢(shì)壘中的飽和電流遠(yuǎn)高于具有同樣面積的結(jié)二極管，因此，對(duì)于同樣的電流，在肖特基勢(shì)壘上的正向電壓降要比結(jié)上的低得多，低的接通電壓使得肖特基二極管對(duì)于箝位和限幅的應(yīng)用具有吸引力；3）多子數(shù)目起伏小，因此肖特基二

14、極管噪聲?。唬?）溫度特性好。畫出加偏壓肖特基勢(shì)壘能帶圖，說(shuō)明肖特基勢(shì)壘二極管的整流特性。解：學(xué)習(xí)指導(dǎo)為什么金屬與重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸可以形成歐姆接觸？解：1教材P154-1552學(xué)習(xí)指導(dǎo)二理論推導(dǎo)與命題證明（2個(gè)）1導(dǎo)出肖特基二極管I-V特性（理查德森-杜師曼方程）。解：1教材P146-1472學(xué)習(xí)指導(dǎo)2證明鏡像力使肖特基勢(shì)壘高度降低：，其中解：1教材P144-1452學(xué)習(xí)指導(dǎo)課堂筆記三主要圖、表（5個(gè)）1畫出金屬和N型半導(dǎo)體在形成理想接觸前后的能帶圖4-1并說(shuō)明肖特基勢(shì)壘的形成。解：1教材P139-1402學(xué)習(xí)指導(dǎo)2畫出圖4-2,解釋M-S結(jié)的單向?qū)щ娦?。解?教材P140-1412學(xué)習(xí)指導(dǎo)3

15、畫出集成結(jié)構(gòu)示意圖4.13說(shuō)明肖特基勢(shì)壘鉗位晶體管的工作原理。解：教材P153-1544根據(jù)圖4-9說(shuō)明MIS二極管工作原理。解：教材P151畫出圖4.14說(shuō)明M-S歐姆接觸原理。解：教材P154-155四重要習(xí)題（2個(gè)）4.3解：1學(xué)生作業(yè)2.學(xué)習(xí)指導(dǎo)10解：1.學(xué)生作業(yè)2.學(xué)習(xí)指導(dǎo)五.更高能力考察問(wèn)題（暫無(wú)）第五章結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管和金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管一基本概念與問(wèn)題解釋（12個(gè)）場(chǎng)效應(yīng)單極器件（unipolardevices）溝道夾斷夾斷電壓內(nèi)夾斷電壓漏極導(dǎo)納跨導(dǎo)柵極總電容截止頻率溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)0與JFET相比MESFET有哪些特點(diǎn)？解答：（1）MESFET工藝簡(jiǎn)單。M-S工藝允許把

16、溝道長(zhǎng)度做得更短，使得結(jié)電容更小，有利于提高器件的開關(guān)速度和工作頻率；（2）MESFET多用砷化鎵材料制作，砷化鎵的電子遷移率大約是硅的六倍，因此可以制造出高頻、高速器件。什么是增強(qiáng)型和耗盡型JFET?解答：耗盡型指JFET在柵偏壓為零時(shí)就存在導(dǎo)電溝道，而欲使溝道夾斷，必須給P-N結(jié)施加反向偏壓，使溝道內(nèi)載流子耗盡。增強(qiáng)型JFET同增強(qiáng)型MESFET樣，在柵偏壓為零時(shí)，溝道是夾斷的，只有外加正偏壓時(shí)，才能開始導(dǎo)電。考慮至P溝和N溝兩類導(dǎo)電溝道，則總共可有四種類型的JFET和MESFET,即N溝增強(qiáng)型，N溝耗盡型，P溝增強(qiáng)型和P溝耗盡型。二理論推導(dǎo)與命題證明（1個(gè)）導(dǎo)出夾斷電壓的表達(dá)式解:1教材

17、P1602.學(xué)習(xí)指導(dǎo)主要圖、表（3個(gè)）畫出結(jié)構(gòu)示意圖圖5.1,簡(jiǎn)述JFET得工作原理（圖5.1a、b兩圖任畫即可）。解:1教材p158學(xué)習(xí)指導(dǎo)2畫出等效電路圖5.9，導(dǎo)出JFET的截止頻率；解：1教材P164-1652.2.學(xué)習(xí)指導(dǎo)3畫出MESFET結(jié)構(gòu)示意圖5.12,說(shuō)明MESFET工作原理。重要習(xí)題（4個(gè)）2解：1.學(xué)生作業(yè)2.學(xué)習(xí)指導(dǎo)5-3.解：1.學(xué)生作業(yè)2.學(xué)習(xí)指導(dǎo)5.9,5.10解：1.學(xué)生作業(yè)2.2005級(jí)期末試題五更高能力考察問(wèn)題（1個(gè)）%5.6解：1學(xué)生作業(yè)2.學(xué)習(xí)指導(dǎo)第六章金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管基本概念與問(wèn)題解釋（11個(gè)）理想MOS結(jié)構(gòu)的基本假設(shè)0載流子積累0載流子耗

18、盡0載流子反型溝道電荷0表面電容溝道電導(dǎo)閾值電壓線性導(dǎo)納跨導(dǎo)MOS結(jié)構(gòu)存在哪些氧化層電荷和界面陷阱電荷？簡(jiǎn)述它們的基本屬性。答：它們是：界面陷阱電荷、氧化物固定電荷、氧化物陷阱電荷和可動(dòng)離子電荷。寫出實(shí)際閾值電壓的表達(dá)式并說(shuō)明各項(xiàng)的物理意義。二.理論推導(dǎo)與命題證明（6個(gè)）01根據(jù)電磁場(chǎng)邊界條件證明：。解答：1教材P1742.學(xué)習(xí)指導(dǎo)02.導(dǎo)出反型和強(qiáng)反型條件。解答：1教材P1742.學(xué)習(xí)指導(dǎo)3證明MOSFET溝道電導(dǎo)為解答：1教材P1862學(xué)習(xí)指導(dǎo)4導(dǎo)出MOS理想結(jié)構(gòu)的閾值電壓，說(shuō)明式中個(gè)項(xiàng)的物理意義。解答：1教材P1862學(xué)習(xí)指導(dǎo)05假設(shè)單位面積上有正電荷位于二氧化硅層內(nèi)，導(dǎo)出使能帶平直所需

19、的平帶電壓。如果氧化層中正電荷連續(xù)分布，電荷體密度為，導(dǎo)出平帶電壓的表達(dá)式。解答：1教材P189-1902學(xué)習(xí)指導(dǎo)6導(dǎo)出薩支唐（）方程。解答：1教材P1952學(xué)習(xí)指導(dǎo)三主要圖、表（4個(gè)）畫出MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖6.1,簡(jiǎn)述其工作原理。解答：1教材P1722學(xué)習(xí)指導(dǎo)畫出理想MOS結(jié)構(gòu)能帶圖6.2。解答：1教材P1732學(xué)習(xí)指導(dǎo)畫出考慮金屬和半導(dǎo)體功函數(shù)差的MOS結(jié)構(gòu)能帶圖6.12。解答：1教材P187-1882學(xué)習(xí)指導(dǎo)畫出等效電路圖6.20,導(dǎo)出MOSFET的最高工作頻率。解答：1教材P1992學(xué)習(xí)指導(dǎo)四重要習(xí)題（6個(gè)）6.1解答：1學(xué)生作業(yè)2學(xué)習(xí)指導(dǎo)6.2解答：1學(xué)生作業(yè)2學(xué)習(xí)指導(dǎo)4.解答：

20、1學(xué)生作業(yè)2學(xué)習(xí)指導(dǎo)6.6解答：1學(xué)生作業(yè)2學(xué)習(xí)指導(dǎo)6.12解答：1學(xué)生作業(yè)2學(xué)習(xí)指導(dǎo)例題6-2解答：P195五.更高能力考察問(wèn)題（1個(gè)）0N溝MOSFET:1在線性區(qū)，固定不變，實(shí)驗(yàn)測(cè)得：。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)求溝道內(nèi)載流子遷移率和閾值電壓。2可否使用飽和區(qū)漏電流公式進(jìn)行上述計(jì)算？如果可以請(qǐng)給出計(jì)算步驟和結(jié)果。2008碩士研究生入學(xué)試題）第七章太陽(yáng)電池和光電二極管一.基本概念與問(wèn)題解釋（8個(gè)）光生伏打效應(yīng)PN結(jié)光生伏打效應(yīng)及其物理過(guò)程光生電動(dòng)勢(shì)太陽(yáng)電池的效率填充因子FF收集效率光電二極管的量子效率響應(yīng)速度（帶寬）說(shuō)明P-I-N光電二極管的I層的作用。解答：1教材P231-2322.學(xué)習(xí)指導(dǎo)試述結(jié)光電二極管和太陽(yáng)電池的共同點(diǎn)和三個(gè)主要差別。解答：1學(xué)生作業(yè)2學(xué)習(xí)指導(dǎo)二.理論推導(dǎo)與命題證明（1個(gè)）0導(dǎo)出太陽(yáng)電池的最大輸出功率。解答：1教材P2202學(xué)習(xí)指導(dǎo)主要圖、表（3個(gè)）1用能帶圖7-5分析PN結(jié)光生伏特效應(yīng)的物理過(guò)程。解答：1教材P2172學(xué)習(xí)指導(dǎo)2畫出太陽(yáng)電池的等效電路圖7-6,根據(jù)等效電路寫