【更新】半导体物理与器件总复习2
半导体器件物理复习题完整版
一． 平衡半导体： 1. 平衡半导体的特征（或称谓平衡半导体的定义）所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体，是指无外界（如电压、电场、磁场或温度梯度等）作用影响的半导体。
在这种情况下，材料的所有特性均与时间和温度无关。
2. 本征半导体：本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。
3. 杂质补偿半导体：半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。
4. 简并半导体：对N 型掺杂的半导体而言，电子浓度大于导带的有效状态密度，费米能级高于导带底（0F c E E ->）；对P 型掺杂的半导体而言，空穴浓度大于价带的有效状态密度。
费米能级低于价带顶（0Fv E E -<）。
5.有效状态密度：在导带能量范围（~cE ∞）内，对导带量子态密度函数()()342nc cmg E E E h π=-电子玻尔兹曼分布函数()exp F F E E f E kT -⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦的乘积进行积分（即()*0342exp cn F c m E E n E E dEh kT π∞-⎡⎤=--⎢⎥⎣⎦⎰）得到的3*2222n c m kT N h π⎛⎫= ⎪⎝⎭称导带中电子的有效状态密度。
在价带能量范围（~vE -∞）内，对价带量子态密度函数()()3/2*342pv v mg E E Ehπ=-与空穴玻尔兹曼函数()exp FF E E f E kT -⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦的乘积进行积分（即()3/2*0342exp vE pF v mE E p E E dEh kT π-⎡⎤=--⎢⎥⎣⎦⎰）得到的3*2222p v m kT N h π⎛⎫=⎪ ⎪⎝⎭称谓价带空穴的有效状态密度。
6.以导带底能量c E 为参考，导带中的平衡电子浓度：0exp cF c E E n N kT -⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。
7.以价带顶能量v E 为参考，价带中的平衡空穴浓度：0exp Fv v E E p N kT -⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦其含义是：价带中的平衡空穴浓度等于价带中的有效状态密度乘以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。
广工 半导体物理与器件总复习2
半导体物理与器件复习2
复习内容
一、 基本概念
1 突变结，线性缓变结，单边突变结
突变结
线性缓变结
杂质分布 x<0, N(x)=NA x>0, N(x)=ND
N(x)= ax 0
单边突变结 线性缓变结 （耗尽近似）
eNd
-xp x
n
p+n结
pn+结
2. 空间耗尽区，耗尽层近似：
耗尽近似是对实际电荷分布 的理想近似，包含两个含义：
K s 0 A C W
4.二极管的存贮延迟时间和反向恢复时间及其物理根源 存贮延迟时间和反向恢复时间的定义？ 物理根源：正偏时，电子从n区注入到p区，空穴从p区注 入到 n区，在耗尽层边界有少子的积累。导致p-n结内有 等量的过剩电子和空穴-电荷的存储。突然反向时，这些存 储电荷不能立即去除，消除存储的电荷有两种途径：复合 和漂移。都需要经过一定时间ts, p-n结才能达到反偏状态。
Dn n p 0 Ln
Dp pn 0 LP
）
（4）pn结定律
qVA pn n e k0T
2 i
势垒电容C j：形成空间电荷区的电荷随外加电压变化
扩散电容Cd：p-n结两边扩散区中，当加正向偏压时，有少子
的注入，并积累电荷，它也随外 电压而变化.扩散区的电荷数 量随外加电 压的变化所产生的电容效应。
金属和p型半导体接触
Φm < Φ s
Φm Φs
Φm > Φs
Φs Φs
B E g m
1 Vbi B ( EF EV ) FB q
第十四章 习题14.3 判断MS接触的类型
二 画图题
1. 平衡态时pn结，nn结，pp结的能带图
半导体物理学期末总复习
与理想情况的偏离的原因
理论分析认为，杂质和缺陷的存在使得 原本周期性排列的原子所产生的周期性 势场受到破坏，并在禁带中引入了能级， 允许电子在禁带中存在，从而使半导体 的性质发生改变。
间隙式杂质、替位式杂质
杂质原子位于晶格原子间的间隙位置， 该杂质称为间隙式杂质。
间隙式杂质原子一般比较小，如Si、Ge、 GaAs材料中的离子锂（0.068nm）。
电子占据或基本上是空的一
个标志
玻尔兹曼分布函数
当E EF
所以
k0T
时，由于
exp(
E EF k0T
)
1 exp( E EF ) exp( E EF )
k0T
k0T
费米分布函数转化为
1，
fB
(E)
exp(
E EF k0T
)
exp( EF k0T
)
exp(
E k0T
ED
As
N型半导体
施主能级
EC ED
EV
半导体的掺杂
受主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的空穴， 并成为带负电的离子。如Si中的B
B
P型半导体
EA
受主能级
EC
EA EV
半导体的掺杂
Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si、Ge晶体中分别为受主和施主杂 质，它们在禁带中引入了能级；受主能级比价带顶 高 E，A 施主能级比导带底低 ED ，均为浅能级，这两 种杂质称为浅能级杂质。
考虑电子的自旋情况，电子的允许量子态密度
为V （/ 4 3），每个量子态最多只能容纳一个电子。
kx
2
nx L
(nx
半导体物理复习试题及答案复习资料
半导体物理复习试题及答案复习资料一、引言半导体物理是现代电子学中至关重要的一门学科，其涉及电子行为、半导体器件工作原理等内容。
为了帮助大家更好地复习半导体物理，本文整理了一些常见的复习试题及答案，以供大家参考和学习。
二、基础知识题1. 请简述半导体材料相对于导体和绝缘体的特点。
答案：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的导电特性。
与导体相比，半导体的电导率较低，并且在无外界作用下几乎不带电荷。
与绝缘体相比，半导体的电导率较高，但不会随温度显著增加。
2. 什么是本征半导体？请举例说明。
答案：本征半导体是指不掺杂任何杂质的半导体材料。
例如，纯净的硅（Si）和锗（Ge）就是本征半导体。
3. 简述P型半导体和N型半导体的形成原理。
答案：P型半导体形成的原理是在纯净的半导体材料中掺入少量三价元素，如硼（B），使其成为施主原子。
施主原子进入晶格后，会失去一个电子，并在晶格中留下一个空位。
这样就使得电子在晶格中存在的空位，形成了称为“空穴”的正电荷载流子，因此形成了P型半导体。
N型半导体形成的原理是在纯净的半导体材料中掺入少量五价元素，如磷（P）或砷（As），使其成为受主原子。
受主原子进入晶格后，会多出一个电子，并在晶格中留下一个可移动的带负电荷的离子。
这样就使得半导体中存在了大量的自由电子，形成了N型半导体。
4. 简述PN结的形成原理及特性。
答案：PN结是由P型半导体和N型半导体的结合所形成。
P型半导体和N型半导体在接触处发生扩散，形成电子从N区流向P区的过程。
PN结具有单向导电性，即在正向偏置时，电流可以顺利通过；而在反向偏置时，电流几乎无法通过。
三、摩尔斯电子学题1. 使用摩尔斯电子学符号，画出“半导体”的符号。
答案：半导体的摩尔斯电子学符号为“--..-.-.-...-.”2. 根据摩尔斯电子学符号“--.-.--.-.-.-.--.--”，翻译为英文是什么？答案：根据翻译表，该符号翻译为“TRANSISTOR”。
半导体物理复习资料全
第一章 半导体中的电子状态1. 如何表示晶胞中的几何元素？规定以阵胞的基矢群为坐标轴，即以阵胞的三个棱为坐标轴，并且以各自的棱长为单位，也称晶轴。
2. 什么是倒易点阵（倒格矢）？为什么要引入倒易点阵的概念？它有哪些基本性质？ 倒格子： 2311232()a a b a a a π⨯=⋅⨯3122312()a a b a a a π⨯=⋅⨯1233122()a a b a a a π⨯=⋅⨯倒格子空间实际上是波矢空间，用它可很方便地将周期性函数展开为傅里叶级数，而傅里叶级数是研究周期性函数的基本数学工具。
3. 波尔的氢原子理论基本假设是什么？（1）原子只能处在一系列不连续的稳定状态。
处在这些稳定状态的原子不辐射。
（2）原子吸收或发射光子的频率必须满足。
（3）电子与核之间的相互作用力主要是库仑力，万有引力相对很小，可忽略不计。
（4）电子轨道角动量满足：h m vr nn π== 1,2,3,24. 波尔氢原子理论基本结论是什么？ （1） 电子轨道方程：0224πεe r mv = （2） 电子第n 个无辐射轨道半径为：2022meh n r n πε= （3） 电子在第n 个无辐射轨道大巷的能量为：222042821hn me mv E n n ε== 5. 晶体中的电子状态与孤立原子中的电子状态有哪些不同？（1）与孤立原子不同，由于电子壳层的交迭，晶体中的电子不再属于某个原子，使得电子在整个晶体中运动，这样的运动称为电子共有化运动，这种运动只能在相似壳间进行，也只有在最外层的电子共有化运动才最为显著。
（2）孤立原子钟的电子运动状态由四个量子数决定，用非连续的能级描述电子的能量状态，在晶体中由于电子共有化运动使能级分裂为而成能带，用准连续的能带来描述电子的运动状态。
6. 硅、锗原子的电子结构特点是什么？硅电子排布：2262233221p s p s s锗电子排布：22106262244333221p s d p s p s s价电子有四个：2个s 电子，2个p 电子。
半导体物理和器件复习题
半导体物理和器件复习题半导体物理和器件复习题在现代科技发展的浪潮中，半导体物理和器件是一个非常重要的领域。
从智能手机到电子汽车，从计算机到太阳能电池，半导体器件的应用无处不在。
因此，对半导体物理和器件的深入了解和掌握是非常关键的。
为了帮助大家复习和巩固相关知识，下面将提供一些半导体物理和器件的复习题。
1. 什么是半导体？半导体是介于导体和绝缘体之间的一类物质。
它的导电性介于导体和绝缘体之间，可以通过控制外界条件来改变其导电性能。
常见的半导体材料有硅和锗。
2. 什么是P型半导体和N型半导体？P型半导体是在纯硅中掺杂了少量的三价元素（如硼），使得硅晶体中存在空穴（缺电子）。
N型半导体是在纯硅中掺杂了少量的五价元素（如磷），使得硅晶体中存在额外的自由电子。
3. 什么是PN结？PN结是由P型半导体和N型半导体直接接触形成的结构。
在PN结中，由于P型半导体和N型半导体之间的电子和空穴的扩散，形成了电子和空穴的聚集区域，称为耗尽区。
耗尽区中存在电场，阻止了电子和空穴的进一步扩散。
4. 什么是二极管？二极管是一种最简单的半导体器件，由P型半导体和N型半导体组成。
它具有只允许电流在一个方向流动的特性。
当正向偏置（P端连接正电压，N端连接负电压）时，二极管导通；当反向偏置时，二极管截止。
5. 什么是晶体管？晶体管是一种三极管，由P型半导体、N型半导体和P型半导体组成。
它可以用作放大器和开关。
当基极电流较小时，晶体管处于截止状态；当基极电流较大时，晶体管处于饱和状态。
6. 什么是场效应管？场效应管是一种三极管，由P型或N型半导体和金属栅极组成。
它的导电性能是通过改变栅极电场来控制的。
当栅极电压为零或负电压时，场效应管截止；当栅极电压为正电压时，场效应管导通。
7. 什么是集成电路？集成电路是将大量的电子元件集成在一块半导体芯片上的电路。
根据集成度的不同，可以分为小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）。
半导体物理与器件答案
半导体物理与器件答案半导体物理与器件答案篇一：半导体物理习题及答案复习思索题与自测题第一章1. 原子中的电子和晶体中电子受势场作用状况以及运动状况有何不同, 原子中内层电子和外层电子参加共有化运动有何不同。
答：原子中的电子是在原子核与电子库伦互相作用势的束缚作用下以电子XX的形式存在，没有一个固定的轨道；而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子，在晶体周期性势场中运动。
当原子相互靠近结成固体时，各个原子的内层电子仍旧组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而，外层价电子则参加原子间的互相作用，应当把它们看成是属于整个固体的一种新的运动状态。
组成晶体原子的外层电子共有化运动较强，其行为与自由电子相像，称为准自由电子，而内层电子共有化运动较弱，其行为与孤立原子的电子相像。
2.描述半导体中电子运动为什么要引入有效质量的概念, 用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性。
答：引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。
惯性质量描述的是真空中的自由电子质量，而不能描述能带中不自由电子的运动，通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动，成为有效质量3.一般来说, 对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此，为什么？答：不是，能级的宽窄取决于能带的疏密程度，能级越高能带越密，也就是越窄；而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度，掺杂浓度高，禁带就会变窄，掺杂浓度低，禁带就比较宽。
4.有效质量对能带的宽度有什么影响，有人说:有效质量愈大,能量密度也愈大,因此能带愈窄.是否如此，为什么？答：有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比，对宽窄不同的各个能带，1〔k〕随k的改变状况不同，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大，内层电子的能带窄，有效质量大；外层电子的能带宽，有效质量小。
5.简述有效质量与能带结构的关系；答：能带越窄，有效质量越大，能带越宽，有效质量越小。
半导体器件物理学习资料二
半导体器件物理
第二章 P-N结
当两块半导体结合形成P-N结时，按照费米能级的意义，
电子将从费米能级高的N区流向费米能级低的P区，空穴则从
P区流向N区。因而EFn不断下移，而EFp不断上移，直至 EFn=EFp。
这时，P-N结中有统 一的费米能级EF，P-N结 处于平衡状态，其能带图 如图所示。
半导体器件物理
● —— 本章重点
第二章 P-N结
P-N结的能带图 P-N结的特点
P-N结的直流特性
半导体器件物理学习资料二 上海电子信息职业技术学院
半导体器件物理
第二章 P-N结
P-N结
采用合金、扩散、离子注入等制造工艺，可 以在一块半导体中获得不同掺杂的两个区域，这 种P型和N型区之间的冶金学界面称为P-N结。
因为V(x)表示点x处的电势，而-qV(x)则表示电子在x点的 电势能，因此P-N结势垒区的能带如图所示。 可见，势垒区中能带变化趋势与电势变化趋势相反。
半导体器件物理学习资料二 上海电子信息职业技术学院
半导体器件物理 2.3 P-N结直流特性
平衡P-N结
第二章 P-N结
一定宽度和势垒高度的 势垒区；
合金结和高表面浓度的浅 扩散结一般可认为是突变结， 而低表面浓度的深扩散结一般 可认为是线性缓变结。
半导体器件物理学习资料二 上海电子信息职业技术学院
半导体器件物理
P-N结能带图
第二章 P-N结
扩散
当半导体形成P-N结时，由于结两边存在着载流子浓度梯度， 导致了空穴从P区到N区，电子从N区到P区的扩散运动。
半导体器件物理
第二章 P-N结
nn0 N区平衡多数载流子——电子浓度
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I Cn I Cn I En dc aT IE I En I E
Ic dc dc I e I c 1 dc
Ic dc dc I e I c 1 dc
复习内容
（3）三极管的四种偏置模式下VEB和VCB的极性 • • • • • 偏置模式 放大 饱和 截止 倒置 E-B极性 正偏 正偏 反偏 反偏 C-B极性 反偏 正偏 反偏 正偏
1)e
x L n
''
n p 0 (e
qVA kT
1)e
x L n
''
• （7）pn结的瞬态响应
IF t s p ln[1 ] IR
三 画图题
1. 平衡态时pn结，nn结，pp结的能带图
2. pn结均匀突变结和线性缓变结的空间耗尽区的
电荷、电场、电势的分布图
3. pn结正反向偏置时少子和电流的分布图
复习内容
二 MOSFET的基本原理与公式
（1）MOS结构中半导体的表面势、费米势和任意一点的电势的定义
任一点电势 表面势 费米势
（x) s
1 Ei (体内） Ei ( x) q
1 Ei (体内） Ei (表面） q 1 F E i (体内） E F q
（1）在冶金结附近区域，xp<x<xn,与净杂质浓度相比， 载流子浓度可忽略不计 （2）耗尽区以外的电荷密度 处处为0。
3.正向注入（扩散），反向抽取（漂移） 正偏时：扩散流大于漂移流，n区电子扩散到p区（-xp)处
积累成为p区的少子；p区的空穴扩散到n 区的（xn）处积
累成为n区的少子。这一过程称为正向注入。 反偏时：p区的电子漂移到n区，n区的空穴漂移到p区，这 一过程称为反向抽取
复习内容
（2）MOSFET的积累、平带、尽、耗尽-反型转折点、反
型各种不同偏置状态下的能带图、电荷块图、电容、 及s与F的关系
复习内容（不作考查）
（4）MOSFET的平方律理论 NMOS：VT>0 VG<VT MOSFET截止，ID=0
VD<VDsat
VG>VT MOSFET导通 VD>VDsat PMOS :VT<0 VG>VT, MOSFET截止 VG<VT, MOSFET 导通
4. 整流接触和欧姆接触的能带图（四种情况）
三极管复习内容
一、 基本概念
1. 制备三极管的基本要求及原因
2.发射效率，基区输运系数 3.共基极电流放大系数和共发射极电流放大系数 4. 三极管的四种偏置模式 5. 四种偏置模式下各区少子的分布图
二、 三极管的基本原理和公式
1. 三极管的基本工作原理
复习内容
（4）三极管的E、B、C各区的少子分布公式及应用 E区 C区 薄基区
复习内容
（5）四种偏置模式下少子分布图
四。画图题 1.三极管在平衡态和非平衡态下的能带图、电荷、电场、电 势的分布图 2. 四种偏置模式下各区少子分布图
三MOSFET复习内容
一、基本概念 1.理想MOS结构的基本假设 2.载流子积累、耗尽、反型
（2）pn结的内建电势
Vbi k0T N A N D ln q ni2
（3）理想pn结的I-V特性关系式
I qA（ Dn n p 0 Ln D p pn 0 LP ）e (
qVA k 0T
1)
（4）pn结定律
qVA pn n e k 0T
2 i
（5）推导二极管的电流方程
• 方法步骤： （1）扩散方程
半导体物理与器件复习2
复习内容
一、 基本概念
1 突变结，线性缓变结，单边突变结
突变结
线性缓变结
杂质分布 x<0, N(x)=NA x>0, N(x)=ND
N(x)= ax 0
单边突变结
eNd
-xp xn
p+n结
pn+结
2. 空间耗尽区，耗尽层近似：
耗尽近似是对实际电荷分布 的理想近似，包含两个含义：
5.功函数，电子亲和势，
真空能级E0:电子完全脱离材料本身的束缚所需的最小能量
功函数：从费米能级到真空能级的能量差
电子亲和势：真空能级到价带底的能量差
6.欧姆接触、整流接触
肖特基势垒高度： B=M- 半导体一边的内建电压：
Vbi 1 M ( EC EF ) FB q
0 B ( EC EF ) FB M S
势垒电容C j：形成空间电荷区的电荷随外加电压变化
扩散电容Cd：p-n结两边扩散区中，当加正向偏压时，有少子
的注入，并积累电荷，它也随外 电压而变化.扩散区的电荷数 量随外加电 压的变化所产生的电容效应。
K s 0 A C W
4.二极管的存贮延迟时间和反向恢复时间及其物理根源
电荷存储和反向恢复时间：正偏时，电子从n区注入到p区， 空穴从p区注入到 n区，在耗尽层边界有少子的积累。导 致p-n结内有等量的过剩电子和空穴-电荷的存储。 突然反向时，这些存储电荷不能立即去除，消除存储的电 荷有两种途径：复合和漂移。都需要经过一定时间ts, p-n 结才能达到反偏状态，这个时间为反向恢复时间
（2）边界条件
（3）求解方程得到少子分布函数表达式
（4）由少子分布函数求出流过pn结的电流
（6）少子分布函数
n pn ( x ) (e ND
'
2 i
qVA kT
1)e
x' L P
pn 0 (e
qVA kT
1)e
x' L P
n n p ( x ) (e NA
''
2 i
qVA kT
四、画图题 1. MOS在五种偏置状态下的能带图、电荷块图
2.发射区的发射效率、基区传输系数和三极管的放大系 数的定义
PNP NPN
I Ep I EP IE I Ep I En
T
I Cp I Ep
I En I En I E I Ep I En
I Cn T I En
dc
I Cp IE
I CP I Ep T I Ep I E
金属和p型半导体接触
Φm < Φs
Φm Φs
Φm > Φs
Φs Φs
B E g m
1 Vbi B ( EF EV ) FB q
二、 二极管的基本原理和公式 （1）pn结空间耗尽区的电荷、电场、电势的分布 dE dV ，E dx K s 0 dx