现代半导体器件物理复习题

半导体器件物理复习题

1．简述Schrodinger波动方程的物理意义及求解边界条件。

2．简述隧道效应的基本原理。

3．什么是半导体的直接带隙和间接带隙。

4．什么是Fermi-Dirac 概率函数和Fermi 能级，写出n(E)、p(E)与态密度和Fermi 概率函数的关系。

5．什么是本征Ferm能级？在什么条件下，本征Ferm能级处于中间能带上。

6．简述硅半导体中电子漂移速度与外加电场的关系。

7．简述Hall效应基本原理。解释为什么Hall电压极性跟半导体类型（N型或P型）有关。

8．定性解释低注入下的剩余载流子寿命。

9．一个剩余电子和空穴脉冲在外加电场下会如何运动，为什么？

10．当半导体中一种类型的剩余载流子浓度突然产生时，半导体内的净电荷密度如何变化？为什么？

11．什么是内建电势？它是如何保持热平衡的？

12．解释p-n结内空间电荷区的形成机理及空间电荷区宽度与外施电压的关系。

13．什么是突变结和线性剃度结。

14．分别写出p-n结内剩余少子在正偏和反偏下的边界条件。

15．简述扩散电容的物理机理。

16．叙述产生电流和复合电流产生的物理机制。

17．什么理想肖特基势垒？用能带图说明肖特基势垒降低效应。

18．画出隧道结的能带图。说明为什么是欧姆接触。

19．描述npn三极管在前向有源模式偏置下的载流子输运过程。

20．描述双极晶体管在饱和与截止之间开关时的响应情况。

21．画出一个n-型衬底的MOS电容在积聚、耗尽和反型模式下的能带图。

22．什么是平带电压和阈值电压

23．简要说明p-沟道器件的增强和耗尽型模式。

24．概述MESFET的工作原理。

25．结合隧道二极管的I-V特性，简述其负微分电阻区的产生机理。

26．什么是短沟道效应？阐述短沟道效应产生的原因及减少短沟道效应的方法。

短沟道效应（shortchanneleffect）：当金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的沟道长度L缩短到可与源和漏耗尽层宽度之和(WS WD)相比拟时，器件将发生偏离长沟道（也即L远大于WS WD）的行为，这种因沟道长度缩短而发生的对器件特性的影响，通常称为短沟道效应。由于短沟道效应使MOSFET的性能变坏且工作复杂化，所以人们希望消除或减小这个效应，力图实现在物理上是短沟道的器件，而在电学上仍有长沟道器件的特性。

当器件尺寸缩减时,必须将短沟道效应降至最低程度,以确保正常的器件特性及电路工作.在器件按比例缩小设计时需要一些准则，一个简要维持长沟道特性的方法为将所有的尺寸及电压，除上一按比例缩小因素К (＞1)，如此内部电场将保持如同长沟道MOSFET一般，此方法称为定电场按比例缩小(constant-field scaling)[

随器件尺寸的缩减，其电路性能(速度以及导通时的功率损耗)得到加强§．然而，在实际的IC制作中，较小器件的内部电场往往被迫增加而很难保持固定．这主要是因为一些电压因子(如电源供

电、阈值电压等）无法任意缩减．由于亚阈值摆幅是无法按比例缩小的，所以，

=0 )的漏电流将会显著增加，假若阈值电压过低，则关闭态( off state ) (V

G

因此，待机功率(standby power)损耗亦将随之上升[12]．通过按比例缩小规范，方能制造出拥有沟道长度短至20nm、非常高的跨导(＞1000ms／mn) 以及合理的亚阈值摆幅 ( 约120mV／decade)[13]的MOSFET．

27．简述闩锁效应产生的原因及减少闩锁效应的方法。

28．什么是分布式反转? 说明分布式反转产生的条件.

29．如果一个晶体平面在直角坐标下的坐标分别为2a、3a和4a，其中a为晶格常数，试求晶体平面的Miller指数。

30．在室温下（300K）硅和砷化镓半导体价带中的有效态密度分别为2.66×1019cm-3和7×1018 cm-3, 试求空穴的有效质量。

31．在半导体中存在两种散射机理。如果只有第一种散射存在，电子迁移率为250 cm2/V-s。如果只有第二种散射存在，电子迁移率为500 cm2/V-s。试求两种散射同

时存在时的电子迁移率。

32．已知半导体的施主掺杂浓度为N D (N D》n i)，电阻为R1。如果该半导体的受主掺杂浓度为N A, 则电阻为0.5 R1。如果D n/D p=50，试求N A和N D的关系。

33．一种n型半导体的剩余载流子空穴的浓度为1014 cm-3和，半导体内及表面的少子寿命分别为10-6 s和10-7 s，假设无外施电场且D p=10 cm2/s。试确定从半导体表面

处(x=0)开始的剩余载流子浓度随距离变化的函数。

34．一个扩散形成的线性缓变Si p-n结在p端的杂质浓度梯度a=1019 cm-4，在n-端的均匀掺杂浓度为3×1014 cm-3。如果在零偏下p端的耗尽层宽度为0.8µm，试求零

偏下的总耗尽层宽度、内建电势和最大电场。

35．一个硅p-n-p晶体管发射区、基区和集电区的杂质浓度分别为5×1018、2×1017和1016 cm-3。基区宽度为1.0µm，器件截面积为0.2 mm2。当射-基结前向偏置为

0.5V，基-集电结反向偏置为0.5V，试计算：a)中性区宽度。b) 射-基结的少子浓

度。

36．对于一个d=5 nm和N A=1017 cm-3的理想Si-SiO2 MOS二极管, 求使得硅表面为本征性的界面处的外施电压和电场。

37．设一长沟道MOSFET的参数如下：

L=1µm, Z=10 µm, N A=5×1016 cm-3, µn=800 cm2/V-s, C o=3.45×10-7 F/cm2, VT=0.7V

求V G=5V时的V D sat和I D sat。

38．假设势垒高度为0.8 eV，N D=1.5×1016 cm-3, qχ=4.01 eV，计算一个理想金属-硅肖特基势垒接触时的V bi和Φm。

39．1）从物理上解释在反偏p-n结中扩散电容不重要的原因。2）对于Si,Ge和GaAs 的p-n结，如果其二极管在正向偏置下的总电流密度相同，讨论电子和空穴电流

密度值。

40．如果一个硅突变结两边的施主浓度和受主浓度相等，1)根据临界电场和掺杂浓度推导击穿电压表达式。2）如果击穿电压V B＝50V，确定容许掺杂浓度范围。

41．概略画出简并掺杂正向偏置pn结的能带图，并说明分布反转发生的条件。

42．什么是负微分电阻？简述负微分电阻区产生的条件及其对器件速度的影响。

8说出空间电荷区边缘少子浓度的边界条件。

当p区相对于n区加正电压时，pn结内的势垒降低了。热平衡状态时扩散力与电场力