1、半導體器件物理復習指導綱要半導體器件物理復習指導綱要說明：1.半導體器件物理復習指導綱要（以下簡稱綱要）是為吉林大學電子科學與工程學院本科生準備半導體器件物理課程的學期末考試所提供的參考資料。綱要也可作為吉林大學微電子學與固體電子學專業攻讀碩士學位研究生入學考試參考資料。作為研究生入學考試將出現百分之五百分之十的更高能力考察題，這些題可能出現也可能沒有出現在綱要中。本科生的學期末考試將不考察綱要中所出現的更高能力考察題（題）。試題可能在綱要原題基礎上略加變化。5.0題-自綱要發布起兩年內兩年（含當年）不考試。6為適應不斷深入的教學改革的需要，綱要的內容可能每年有所變化。變化將在國家精品課程半導

2、體器件物理與實驗網站論壇中通知。7.綱要僅為參考資料，錯誤之處請諒解并歡迎指正。復習內容基本概念與問題解釋主要理論推導與命題證明主要圖、表重要習題解答更高能力考察問題（包括題）參考資料一孟慶巨劉海波孟慶輝著半導體器件物理科學出版社2005.1第一次印刷2007.3第三次印刷學生課堂筆記半導體器件物理學習指導孟慶巨編吉林大學國家精品課程網站半導體器件物理學生作業.歷年期末試題歷年吉林大學微電子學與固體電子學專業攻讀碩士學位研究生入學試題及復試試題第二章PN結一.基本概念與問題解釋（37個）PN結同質結異質結0同型結0異型結0高低結金屬-半導體結突變結線性緩變結單邊突變結空間電荷區中性區耗盡區耗盡

3、近似勢壘區少子擴散區擴散近似正向注入反向抽取正偏復合電流反偏產生電流隧道電流產生隧道電流的條件隧道二極管的主要特點過渡電容（耗盡層電容）擴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雪崩倍增因子雪崩擊穿判據利用熱平衡費米能級恒定的觀點分析PN結空間電荷區的形成。從載流子擴散與漂移的角度分析PN結空間電荷區的形成。根據載流子擴散與漂移的觀點分析PN結的單向導電性。寫出邊界條件公式（2-29）,（2-30），說明PN結的正向注入和反向抽取作用。解答：1.教材學習指導。二.理論推導與命題證明（12個）1推導公式（2-7）即證明PN結空間電荷區內建電勢差為方法1:教材P59推導方法方

4、法2:熱平衡時凈電子電流為零即方法3.熱平衡時系統的費米能級恒定即利用EFN=EFP2推導公式（2-14）（2-17）。解：教材P60P61推導。3導出加偏壓V的PN結空間電荷區邊緣非平衡少子濃度值。解：方法1:教材P65推導方法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.推導公式（2-37）：和解：學習指導第二章PN結。5推導PN結I-V特性公式（2-48）,（2-49）。解：教材P67-6806推導PN結空間電荷區的復合電流和產生電流即公式（2-57）和（2-61）。解：教材P727307推導PN結I-V特性的溫度依賴關系。解:1教材P7778課堂筆記。

5、08.推導求雜質分布公式（2-82）。解:1教材P79-80。2學習指導。9導出長PN結二極管交流小信號導納表達式（2-104）。解:1.教材P7778；2學習指導。10.證明PN結N側貯存空穴電荷為解：見學習指導。011利用電荷控制方程導出電荷貯存時間公式2112）。解：學習指導。012.推導雪崩倍增因子公式（2-124）。解:1教材P8990推導課堂筆記。三主要圖、表（5個）正確畫出熱平衡PN結能帶圖2-3,根據能帶圖解釋PN結空間電荷區的形成。解答：1教材P582學習指導2正確畫出偏壓PN結能帶圖2-5；根據能帶圖和修正歐姆定律分析PN結的單向導電性。解答：1教材P632學習指導正確畫出

6、PN結正，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學習指導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學習指導5二極管等效電路圖2-20。解答：1課堂筆記2學習指導四重要習題（7個）3，2-5，2-11，2-12，2-13，2-18，2-19（補）解答：1學習指導2學生作業2-19（補）解答:學生作業。五更高能力考察問題（3個）1利用少子分布示意圖2-22定性解釋PN結反向瞬變現象。2習題2-17。3推導題3之方法2.第三章雙極結型晶體管一.基本概念與問題解釋發射極注射效率基區輸運因子共基極直流電流增益共發射極電流增益共基極截

7、止頻率共發射極截止頻率增益-帶寬乘積電流集聚效應基區寬度調變效應(Early效應)基區渡越時間科爾克(Kirk)效應輸入導納跨導根梅爾(Gummel)數穿通擊穿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明BJT的開關作用。二.理論推導與命題證明(6個)01-解擴散方程導出基區少子分布公式(3-18)，電流公式(3-19),(3-20)。02.解擴散方程導出發射區少子空穴分布公式(3-23)，電流公式(3-24)03.解擴散方程導出集電區少子空穴分布公式(3-25)，電流公式(3-26)4導出NPN緩變基區晶體管：基區的緩變雜質分布引入的自建電場：基區內電子分布(3-5

8、5)：電流(3-56)：基區輸運因子(3-59)：解:1教材P112-113推導學習指導利用和之間的關系證明：。證明：比較，有:06.根據基區電荷控制方程導出：(3-98)。解：詳見學習指導%4.導出基區穿通電壓解：見學習指導三重要圖、表(8個)1.畫出圖3.6并根據圖3-6說明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學習指導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小信號等效電路圖3.23根據等效電路圖導出公式（3-85）和（3-86）。解答：1教材P120學習指導學生作業7圖3-25BJT開關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下降到零分別對應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。解答：1教材P

10、1202學習指導四重要習題（8個）1解:學生作業3-6.解：1學習指導2學生作業3-7解：學生作業3-8解：學生作業3-10解：學生作業3-12.解：學生作業3-15.解：1學習指導2學生作業3-17解：1學習指導2學生作業五.更高能力考察問題（4個）1設NPN雙極結型晶體管有效基區邊界分別為0和。在下列三種邊界條件下解擴散方程求基區少子分布和電流分布（2009推免碩士生復試試題）。（1）（2）（3）問題（1）給出的是穿透電流ICEO問題（2）給出的是反偏PN結電流問題（3）給出的是ICBO即BJT的發射極開路，集電極反向電流。2因此問題1的另一種提法：導出BJT的ICEO和ICBO并與反偏P

11、N結電流比較（2009推免碩士生復試試題）。NPN雙極結型晶體管發射區雜質分布為。1、導出發射區內建電場：2、試求出發射區少子空穴分布。3、試求出發射區少子空穴電流。（2009推免碩士生復試試題）。解：1，有對x從-xE到x積分:+代入上式得4證明平面型雙擴散晶體管的穿透電壓可用下式表示：式中為根梅爾數。解：穿通擊穿（基區穿通）是BJT的一種穿通擊穿機。是在共發射極接法中，當基極開路ffiVCE增加時，BC結反偏壓上升使BC結空間電荷區展寬，其中在中性基這一邊可能使基區全部變成耗盡層，而和BE結的空間電荷區連通，于是反偏壓會使發射結勢壘高度降低。從而使很大的發射極電流流過晶體管，這種現象稱為穿

12、通擊穿或基區穿通，如圖所示，導出穿通擊穿時擊穿電壓表達式。（a）（b）Fig3-28根據Fig3-28（b）,為基區的冶金學寬度，是BC結延伸到基區中的SCR寬度，忽略BE結在零偏或正偏壓時的SCR寬度，那么當時會出現基區穿通，從而有穿通時，集電結反偏壓VBC,故穿通電壓為例：一均勻基區硅BJT,基區寬度為，基區雜質濃度。若穿通電壓期望值為BVBC=25V,集電區摻雜濃度為若干？如果不使集電區穿通，集電區寬度至少應大于多少？解:得到集電區空間電荷區寬度忽略，穿通擊穿時，BVBC=25V，則集中區寬度至少要大于。注：單邊突變結，空間電荷區有關公式，由習題（2-5）給出。第四章金屬半導體結一基本概

13、念與問題解釋（7個）M-S結的兩個效應整流接觸（整流結）歐姆接觸（非整流結）肖特基勢壘高度肖特基效應（鏡象力使勢壘降低的效應）肖特基勢壘二極管和PN結二極管之間的比較。解：基本區別在于肖特基勢壘二極管是多子器件，PN結二極管是少子器件。因此：（1）由于沒有少數載流子貯存，貯存時間可忽略不計，肖特基勢壘二極管對于高頻和快速開關的應用來說是理想的；2）由于多數載流子電流遠高于少數載流子電流，肖特基勢壘中的飽和電流遠高于具有同樣面積的結二極管，因此，對于同樣的電流，在肖特基勢壘上的正向電壓降要比結上的低得多，低的接通電壓使得肖特基二極管對于箝位和限幅的應用具有吸引力；3）多子數目起伏小，因此肖特基二

14、極管噪聲小；（4）溫度特性好。畫出加偏壓肖特基勢壘能帶圖，說明肖特基勢壘二極管的整流特性。解：學習指導為什么金屬與重摻雜半導體接觸可以形成歐姆接觸？解：1教材P154-1552學習指導二理論推導與命題證明（2個）1導出肖特基二極管I-V特性（理查德森-杜師曼方程）。解：1教材P146-1472學習指導2證明鏡像力使肖特基勢壘高度降低：，其中解：1教材P144-1452學習指導課堂筆記三主要圖、表（5個）1畫出金屬和N型半導體在形成理想接觸前后的能帶圖4-1并說明肖特基勢壘的形成。解：1教材P139-1402學習指導2畫出圖4-2,解釋M-S結的單向導電性。解：1教材P140-1412學習指導3

15、畫出集成結構示意圖4.13說明肖特基勢壘鉗位晶體管的工作原理。解：教材P153-1544根據圖4-9說明MIS二極管工作原理。解：教材P151畫出圖4.14說明M-S歐姆接觸原理。解：教材P154-155四重要習題（2個）4.3解：1學生作業2.學習指導10解：1.學生作業2.學習指導五.更高能力考察問題（暫無）第五章結型場效應晶體管和金屬半導體場效應晶體管一基本概念與問題解釋（12個）場效應單極器件（unipolardevices）溝道夾斷夾斷電壓內夾斷電壓漏極導納跨導柵極總電容截止頻率溝道長度調制效應0與JFET相比MESFET有哪些特點？解答：（1）MESFET工藝簡單。M-S工藝允許把

16、溝道長度做得更短，使得結電容更小，有利于提高器件的開關速度和工作頻率；（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。什么是增強型和耗盡型JFET?解答：耗盡型指JFET在柵偏壓為零時就存在導電溝道，而欲使溝道夾斷，必須給P-N結施加反向偏壓，使溝道內載流子耗盡。增強型JFET同增強型MESFET樣，在柵偏壓為零時，溝道是夾斷的，只有外加正偏壓時，才能開始導電。考慮至P溝和N溝兩類導電溝道，則總共可有四種類型的JFET和MESFET,即N溝增強型，N溝耗盡型，P溝增強型和P溝耗盡型。二理論推導與命題證明（1個）導出夾斷電壓的表達式解:1教材

17、P1602.學習指導主要圖、表（3個）畫出結構示意圖圖5.1,簡述JFET得工作原理（圖5.1a、b兩圖任畫即可）。解:1教材p158學習指導2畫出等效電路圖5.9，導出JFET的截止頻率；解：1教材P164-1652.2.學習指導3畫出MESFET結構示意圖5.12,說明MESFET工作原理。重要習題（4個）2解：1.學生作業2.學習指導5-3.解：1.學生作業2.學習指導5.9,5.10解：1.學生作業2.2005級期末試題五更高能力考察問題（1個）%5.6解：1學生作業2.學習指導第六章金屬氧化物半導體場效應晶體管基本概念與問題解釋（11個）理想MOS結構的基本假設0載流子積累0載流子耗

18、盡0載流子反型溝道電荷0表面電容溝道電導閾值電壓線性導納跨導MOS結構存在哪些氧化層電荷和界面陷阱電荷？簡述它們的基本屬性。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離子電荷。寫出實際閾值電壓的表達式并說明各項的物理意義。二.理論推導與命題證明（6個）01根據電磁場邊界條件證明：。解答：1教材P1742.學習指導02.導出反型和強反型條件。解答：1教材P1742.學習指導3證明MOSFET溝道電導為解答：1教材P1862學習指導4導出MOS理想結構的閾值電壓，說明式中個項的物理意義。解答：1教材P1862學習指導05假設單位面積上有正電荷位于二氧化硅層內，導出使能帶平直所需

19、的平帶電壓。如果氧化層中正電荷連續分布，電荷體密度為，導出平帶電壓的表達式。解答：1教材P189-1902學習指導6導出薩支唐（）方程。解答：1教材P1952學習指導三主要圖、表（4個）畫出MOSFET結構示意圖6.1,簡述其工作原理。解答：1教材P1722學習指導畫出理想MOS結構能帶圖6.2。解答：1教材P1732學習指導畫出考慮金屬和半導體功函數差的MOS結構能帶圖6.12。解答：1教材P187-1882學習指導畫出等效電路圖6.20,導出MOSFET的最高工作頻率。解答：1教材P1992學習指導四重要習題（6個）6.1解答：1學生作業2學習指導6.2解答：1學生作業2學習指導4.解答：

20、1學生作業2學習指導6.6解答：1學生作業2學習指導6.12解答：1學生作業2學習指導例題6-2解答：P195五.更高能力考察問題（1個）0N溝MOSFET:1在線性區，固定不變，實驗測得：。根據以上實驗求溝道內載流子遷移率和閾值電壓。2可否使用飽和區漏電流公式進行上述計算？如果可以請給出計算步驟和結果。2008碩士研究生入學試題）第七章太陽電池和光電二極管一.基本概念與問題解釋（8個）光生伏打效應PN結光生伏打效應及其物理過程光生電動勢太陽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速度（帶寬）說明P-I-N光電二極管的I層的作用。解答：1教材P231-2322.學習指導試述結光電二極管和太陽電池的共同點和三個主要差別。解答：1學生作業2學習指導二.理論推導與命題證明（1個）0導出太陽電池的最大輸出功率。解答：1教材P2202學習指導主要圖、表（3個）1用能帶圖7-5分析PN結光生伏特效應的物理過程。解答：1教材P2172學習指導2畫出太陽電池的等效電路圖7-6,根據等效電路寫