第一章pn結1.1p-n結的形成及平衡狀態1.2直流特性1.3空間電荷區和勢壘電容1.4交流小訊號特性1.5p-n結擊穿PN節學習總結心得體會半導體物理第一章p-n結

概念和定義原理機理機制過程分析計算方法p-n結,形成,平衡狀態,雜質分布:突變結,緩變結;空間電荷區:電場,電勢,載流子濃度,空間電荷區寬度;正向、反向p-n結;正向閾值電壓;耗盡層近似;勢壘電容;變容二極管;擴散電容;p-n結擊穿:定義,分類,碰撞電離率,倍增因子p-n結電流成分轉換;正向I-V特性的討論;大注入效應;p-n結擊穿:電擊穿,熱擊穿,雪崩擊穿,隧道擊穿;擊穿電壓影響因素及措施:球、柱、平面結,磨角勢壘高度;正向電流公式;邊界載流子濃度;實際擴散結勢壘電容計算,查表;交流小信號特性分析方法,特性方程;雪崩擊穿條件PN節學習總結心得體會半導體物理第二章雙極型晶體管的直流特性2.1晶體管的基本結構和雜質分布2.2放大機理2.3直流I-V特性及電流增益2.4反向電流及擊穿電壓2.5直流特性曲線介紹2.6基極電阻2.7埃伯爾斯—莫爾模型PN節學習總結心得體會半導體物理第二章1BJT直流特性概念和定義原理機理機制過程分析計算方法基本結構,雜質分布;發射結注入,基區輸運,集電結收集;電流放大系數,中間參量;緩變基區自建電場;反向電流及擊穿電壓直流特性曲線;基極電阻;E-M模型放大原理;載流子傳輸過程;緩變基區自建電場對載流子輸運及分布的影響;放大系數影響因素及改善措施;擊穿電壓及相互關系;勢壘穿通;厄爾利效應基區載流子(少子,電子)密度分布;電流密度分布;電流增益;緩變基區晶體管發射效率,方塊電阻;基極電阻,等效功率法;分貝PN節學習總結心得體會半導體物理第三章雙極型晶體管的頻率特性3.1晶體管交流電流放大系數與頻率參數3.2晶體管的交流特性分析3.3晶體管的高頻參數及等效電路3.4高頻下晶體管中載流子的輸運及中間參數3.5晶體管電流放大系數的頻率關系3.6晶體管的高頻功率增益3.7工作條件對晶體管fT、Kpm的影響PN節學習總結心得體會半導體物理第三章頻率特性

概念和定義原理機理機制過程分析計算方法交流電流放大系數與頻率參數;高頻參數及等效電路;高頻下載流子輸運及中間參數;高頻功率增益;最佳高頻功率增益;高頻優值

基區寬變效應;高頻下載流子輸運及中間參數;工作條件對頻率參數的影響

交流特性分析;高頻參數及等效電路*放大系數的頻率關系;高頻優值PN節學習總結心得體會半導體物理第四章雙極型晶體管的功率特性4.1集電極最大允許工作電流4.2基區大注入效應對電流放大系數的影響4.3有效基區擴展效應4.4發射極電流集邊效應4.5發射極單位周長電流容量4.6晶體管最大耗散功率PCM4.7二次擊穿和安全工作區

PN節學習總結心得體會半導體物理第四章功率特性

概念和定義原理機理機制過程分析計算方法集電極最大允許工作電流;基區大注入自建電場;發射極有效長度、寬度;二次擊穿;安全工作區;發射極鎮流電阻

基區大注入對電流放大系數的影響;基區電導調制效應;有效基區擴展效應:均勻基區,緩變強場,緩變弱場;發射極電流集邊效應;二次擊穿:電流集中,雪崩注入

幾個臨界電流密度;熱阻;耗散功率;轉換效率

PN節學習總結心得體會半導體物理第五章二極管和雙極型晶體管的開關特性5.1p-n結二極管的開關特性5.2晶體管的開關作用5.3晶體管的開關過程和開關時間5.4開關晶體管的正向壓降和飽和壓降PN節學習總結心得體會半導體物理第五章開關特性

概念和定義原理機理機制過程分析計算方法開關時間,反向恢復時間,貯存時間,下降時間;晶體管開關時間定義;正向壓降,飽和壓降;臨界飽和基極電流;過驅動電流;飽和,截止狀態;電荷控制參數

開關作用;電荷存儲效應;反向恢復過程;縮短二極管開關時間措施;晶體管開關作用,特點及要求;開關過程;電荷存儲效應;提高開關速度的措施反向恢復時間;貯存時間,下降時間;電荷控制法;電荷控制方程;開關時間

PN節學習總結心得體會半導體物理第六章結型場效應晶體管6.1基本工作原理6.2直流特性與低頻小信號參數6.3交流特性6.4功率特性6.5結構舉例PN節學習總結心得體會半導體物理第七章MOS場效應晶體管7.1基本工作原理和分類7.2閾值電壓7.3電流—電壓特性和直流特性曲線7.4擊穿特性7.5頻率特性7.6功率特性和功率MOSFET的結構7.7開關特性7.8溫度特性7.9短溝通和窄溝道效應PN節學習總結心得體會半導體物理第六章JFET&MESFET

概念和定義原理機理機制過程分析計算方法分類,符號;直流參數;交流參數;頻率參數

基本結構,工作原理;特性曲線;特性影響因素;短柵器件的速度飽和效應;串聯電阻的影響;溫度效應

直流參數;交流參數;頻率參數

PN節學習總結心得體會半導體物理第七章MOSFET

概念和定義原理機理機制過程分析計算方法閾值電壓;直流參數;小信號低頻參數;高頻功率增益;開關時間;短溝道效應,判據

基本結構,工作原理;閾值電壓;擊穿機制;雪崩注入及應用;溝道長度調制效應;漏區電場靜電反饋效應;低頻小信號模型;密勒效應;開關特性;溫度特性;短溝道和窄溝道效應閾值電壓;直流特性分析;直流參數;低頻參數;頻率特性;開關時間

PN節學習總結心得體會半導體物理第八章晶體管的噪聲特性8.1晶體管的噪聲和噪聲系數8.2晶體管的噪聲源8.3雙極型晶體管的噪聲8.4JFET和MESFET的噪聲特性8.5MOSFET的噪聲特性PN節學習總結心得體會半導體物理第八章噪聲特性

概念和定義原理機理機制過程分析計算方法噪聲,噪聲系數;信噪比;熱噪聲;散粒噪聲;1/f噪聲;噪聲頻譜特性;誘生柵極噪聲

分貝

PN節學習總結心得體會半導體物理一、簡述下列概念：（每小題3分，共計30分）

擴散電容特征頻率隧道擊穿噪聲系數發射極有效長度夾斷電壓窄溝道效應發射極鎮流電阻最高振蕩頻率散粒噪聲二、詳述雙極型晶體管的開關過程及改善開關特性的途徑。（20分）三、說明緩變基區自建電場的形成及其對晶體管特性的影響。（10分）四、試寫出MOSFET閾值電壓的表達式，解釋其物理意義，并說明襯底偏置對MOSFET的閾值電壓有何影響。（20分）PN節學習總結心得體會半導體物理五、已知：均勻基區晶體管，Wb=1mm,Lnb=10mm,Lpe=5mm,ρb=0.05Ω·cm,ρe=0.0005Ω·cm.試計算γ、β*、α和β.（20分）PN節學習總結心得體會半導體物理一、擴散電容：正向p-n結外加電壓的變化引起邊界注入少子濃度的變化（1分），從而引起擴散區所積累的少子以及少子電荷數量的變化（1分），是由少子流入或流出擴散區實現的，可視為電容的充放電（1分），這種電容效應稱之為擴散電容。

隧道擊穿：當很高的反向偏壓作用在兩側摻雜濃度都很高的p-n結上時（1分），有可能使p區的價帶頂高于n區的導帶底，此時p區部分價帶電子的能量高于n區導帶電子的能量，p區價帶電子將按一定的幾率穿透勢壘到達n區導帶，形成反向電流，這種效應稱為隧道效應（1分），由隧道效應引起的擊穿稱為隧道擊穿（1分）。

發射極有效長度：由于發射極金屬極條存在一定電阻，在大電流下，發射極電流在金屬極條長度方向產生壓降（1分），引起發射結上實際作用電壓的變化，導致發射結注入電流密度不均勻（1分），規定：發射極金屬極條端部至根部之間電位差等于kT/q時所對應的發射極條長度為發射極有效長度（1分）。

窄溝道效應：當MOSFET的溝道寬度較小時，在溝道寬度方向的兩端耗盡層向兩側延伸部分所包含的電荷使柵下表面耗盡層中平均電荷密度增加（1分），有效閾值電壓增大（1分），這種影響隨溝道寬度減小而增大（1分），稱之為MOSFET的窄溝道效應。

最高振蕩頻率：由于電容的影響，晶體管的高頻功率增益隨工作頻率的升高而減小（1分），在輸入和輸出端均共軛匹配的條件下（1分），晶體管最大功率增益對于1時所對應的頻率稱之為最高振蕩頻率。PN節學習總結心得體會半導體物理

特征頻率:高頻下，由于結電容的分流作用（1分），隨著工作頻率升高，晶體管的共發射極電流放大系數下降（1分），當共發射極電流放大系數下降為1時對應的頻率為特征頻率（1分）。

噪聲系數：晶體管除了將輸入的信號和噪聲放大輸出外，本身還要產生一部分噪聲（1分），因而輸出端的信噪比總是比輸入端的信噪比小（1分）。為了嚴格描述晶體管的噪聲性能，定義晶體管的噪聲系數為輸入端信噪比與輸出端信噪比之比（1分）。

夾斷電壓：JFET的溝道厚度由于柵p-n結耗盡層厚度擴展而變薄（1分）。當柵結上外加反向偏壓Vp使柵結耗盡層總厚度等于起始溝道厚度時，整個溝道被夾斷（1分）。溝道夾斷時所需加的柵源電壓Vp稱為夾斷電壓（1分）。

發射極鎮流電阻：為了有效地抑制電流集中二次擊穿（1分），在大功率晶體管每一單元發射極條上加串聯電阻，稱之為發射極鎮流電阻（1分）。當某一點電流集中時，該單元電流的增加使串聯電阻上的壓降隨之增加，真正作用在該單元發射結上的電壓隨之減小，則通過該單元的電流自動減小，避免了電流進一步增加而誘發二次擊穿（1分）。

散粒噪聲：起源于電子管陰極發射電子數的無規則起伏。在半導體中載流子產生、復合過程的漲落引起參加導電的載流子數目在其平均值附近有起伏（1分），這種由于載流子數目的不規則變化而產生的噪聲稱之為散粒噪聲（1分）。通常指越過p-n結勢壘的載流子數目起伏所引起的噪聲（1分）。PN節學習總結心得體會半導體物理二、詳述雙極型晶體管的開關過程及改善開關特性的途徑。（20分）晶體管的開關過程包括開啟過程，即晶體管由截止狀態到飽和狀態的過程和關閉過程，即晶體管由飽和狀態到截止狀態的過程，又對應延遲過程、上升過程、存儲過程和下降過程四個階段。延遲過程：晶體管處于截止狀態時，兩個結均反偏（1分）。某一時刻基極輸入正脈沖信號，形成基極電流，但集電極不能立即輸出電流（1分）。因為此時基極電流先向反偏的發射結空間電荷區充電，使其寬度逐漸變窄，由起始的負偏壓逐漸變為零偏以致正偏，使發射結向基區有了明顯的載流子注入（1分），同時也向集電結充電，并在基區建立一定的少子積累，集電極才開始出現集電極電流（1分）。上升過程：隨著發射結偏壓由零向正偏逐漸增大，向基區注入載流子濃度增大，在基區建立起逐漸增大的少子濃度梯度和擴散流密度（1分），集電極電流逐漸增大（1分），直至晶體管達到飽和的邊緣，集電結零偏（1分）。在此過程中，基極電流繼續向發射結和集電結充電和向基區提供與少子相應的多子的積累并補充其復合損失（1分）。在開啟過程中，由基極電流向發射結、集電結的勢壘電容充電，建立基區中載流子的積累和補充復合損失。開啟過程結束后，基極電流將繼續上述作用，最終使集電極電流達到最大值，集電結正偏，基區和集電區積累超量存儲電荷，晶體管進入飽和狀態。此時基極電流剛好維持發射區、基區和集電區積累電荷的復合損失。PN節學習總結心得體會半導體物理存儲過程：由于超量存儲電荷的存在，某一時刻基極輸入負脈沖信號，集電極電流不能立即下降而維持較大的集電極電流（1分）。由于基極電流的抽取和復合，使超量存儲電荷消失（1分），基區少子濃度梯度開始減小，集電極電流才開始下降（1分）。同時基極電流的抽取使集電結正偏減小到零偏以至反偏（1分）。下降過程：基極電流進一步抽取基區積累載流子及發射結和集電結空間電荷區中載流子（勢壘電容放電）（1分），使基區少子濃度梯度逐漸減小到零（1分），集電結反偏（1分），直至集電極電流下降到接近零（1分）。此后，基極電流繼續抽取發射結電荷，直至發射結反偏，晶體管截止。綜上所述，晶體管的開關過程是發射結和集電結勢壘電容的充放電、基區少子濃度梯度的建立或減小以及超量存儲電荷的消失過程。為了改善開關特性，從器件設計方面：減小結面積以減小兩個結的勢壘電容（1分）；摻金以減小npn管集電區少子壽命，可以減少超量存儲和加快復合（1分）；采用外延結構并盡可能減小外延層厚度和降低外延層電阻率以減小存儲空間和縮短集電區少子壽命（1分）。從使用方面：適當加大驅動電流和抽取電流；控制飽和深度；適當選擇負載電阻（1分）。PN節學習總結心得體會半導體物理三、說明緩變基區自建電場的形成及其對晶體管特性的影響。（10分）在緩變基區晶體管（平面管）的基區中，由于雜質濃度分布不均勻，有一定的濃度梯度，雜質電離后產生的多數載流子濃度分布也會有相同的梯度（1分）。這個濃度梯度引起多子自高濃度處向低濃度處擴散，但又被p-n結空間電荷區的邊界所阻擋（1分），結果低雜質濃度側富集多子，而高雜質濃度側過剩空間電荷，造成正、負電荷中心分離，形成電場（1分）。這個電場對多子產生漂移作用以抵抗擴散，當二者達到動態平衡時，形成穩定的電場，基區多子也維持穩定的分布（1分）。這種由于基區雜質分布緩變引起的電場稱之為緩變基區自建電場。它使基區內各點電位不再相等，基區能帶發生彎曲（1分）。在平面管中，雜質濃度的最大值不在基區的表面，因此形成的緩變基區自建電場有兩個方向相反的部分，對基區少子的輸運過程分別起到阻滯和加速的作用，分別稱之為阻滯場和加速場（1分）。阻滯場區的寬度較小，往往被包含在發射結勢壘區中，一般可忽略其作用（1分）。加速場對晶體管特性的影響是使少子在基區的輸運過程中，在擴散運動上疊加了漂移運動，少子將比在均勻基區中更快地到達集電結勢壘邊界處而被收集（1分），基區復合損失減小而輸運系數增大，可比條件下，電流放大系數增大（1分），基區渡越時間縮短，基區輸運系數截止頻率提高，從而改善了晶體管的頻率特性（1分）。PN節學習總結心得體會半導體物理四、試寫出MOSFET閾值電壓的表達式，解釋其物理意義，并說明襯底偏置對MOSFET的閾值電壓有何影響。（20分）

MOSFET閾值電壓是金屬柵極下面的半導體表面呈現強反型，從而出現導電溝道時所需加的柵源電壓。其表達式為：（8分）或物理意義是：若在半導體表面建立反型層（1分），則在柵極上所加的電壓（1分）必須能夠在（1）抵消金半接觸電勢差；（2）補償氧化層中的固定氧化物電荷和其它正有效空間電荷之后，尚能（3）在半導體表面建立耗盡層電荷并（4）提供出現強反型層所對應的表面電勢。（每項1分）在MOSFET的襯底相對于源極施加反向電壓時（1分），將使場感應結上壓降增大（1分），場感應結兩側費米能級之差增大（1分），表面耗盡層的寬度（1分）與其中的空間電荷面密度相應地增加（1分），從MOSFET閾值電壓的表達式可見，閾值電壓將隨襯底反偏的增加而增加（1分）。PN節學習總結心得體會半導體物理五、已知：均勻基區晶體管，Wb=1mm,Lnb=10mm,Lpe=5mm,ρb=0.05Ω·cm,ρe=0.0005Ω·cm.試計算γ、β*、α和β.（20分）解：（5分）（5分）（5分）或

或（5分）PN節學習總結心得體會半導體物理1、p-n結勢壘高度計算公式適用于

的情況下。2、晶體管做開關運用時與理想開關的區別在于：1

；2

；3

。3、p-n