半导体试题WPS版(12题不兼容)

1、1. P-N结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的原理答：雪崩击穿：反向偏压下，由于势垒区电场很强，在电场的加速下，少数载流子受到强电场的漂移作用具有很大的能量，当它们与势垒区晶格原子碰撞时，能把价建上的电子激发出来成为电子-空穴对，并在电场的作用下，向相反方向运动，继续发生发生碰撞，如此下去载流子大量增加，迅速增大了反向电流，使P-N结击穿。 隧道击穿：在强电场作用下，由于隧道效应，将使P区价带中大量的电子隧道穿过势垒到达N区的导带中去，使反向电流急剧增大，于是P-N结就发生了隧道击穿。 热击穿：在P-N结上施加反向偏压时，流过P-N结的反向电流要引起热损耗，反向电压增大时，热损耗也随之增大，如果这

2、些热量不能及时导出去，会使结温上升。而反向饱和电流密度随温度以指数形式增长，随着结温的上升反向饱和电流密度迅速增大，热损耗也会迅速增大，又导致结温上升，进而正反馈的使反向饱和电流密度迅速增大引起P-N击穿。2. 简述晶体管开关的原理上图是晶体管开关电路原理图。当基极输入正脉冲，则基极电流立即上升到随着IB的增加，发射结电压降逐渐由反偏变为正偏，晶体管由截至变为导通。集电极电路也随着基极电流的增加而迅速增加，使得集电结逐渐由反偏变为零偏甚至正偏，集体管电压降VCE也随之迅速下降，C和E之间近似短路，相当于开关K闭合。当基极输入负脉冲或零时。发射结反偏，集电结也反偏。晶体管处于截止状态。集电结电流

3、。相当于开关K断开。晶体管的开关作用是通过基极控制信号使晶体管在饱和态与截止态之间往复转换来实现的。3. 简述晶体管4个频率参数的定义并讨论它们之间的大小关系截止频率表示共基极短路电流放大系数的幅值下降到时的频率。截止频率表示共射极短路电流放大系数的幅值下降到时的频率。特征频率表示共射极短路电流放大系数的幅值下降到时的频率。最高振荡频率表示最佳功率增益等于1时的频率。一般情况下，。4. 简述弗仑克耳缺陷和肖特基缺陷的特点、共同点和关系弗仑克耳缺陷：间隙原子和空位成对出现的缺陷。肖特基缺陷：只在晶格内产生空位而不产生间隙原子的缺陷。共同点：都是点缺陷的产生方式，都能产生空位，都是由温度引起的热缺

4、陷。关系：它们在一个晶体中总是同时存在的。5. 以NPN型晶体管为例，试论述晶体管在不同工作模式下基区少数载流子分布特征及与晶体管输出特性间的关系1） 截止状态：由于发射结和集电结都处于反偏，基区边界处电子处于抽取状态故浓度很小。对应于该工作模式的输出特性曲线位于反向饱和电流ICBO下方。特点是输出电流很小，为反向饱和电流。2） 正向放大状态：由于发射结正偏，集电结反偏，基区边界靠近集电结一侧处于抽取状态，电子浓度小，靠近发射结一侧处于注入状态，电子浓度大。对应于该工作模式的输出特性曲线位于集电极电流变化较为平稳的区域。特点是集电极电流变化小，。反向放大状态：由于发射结反偏，集电结正偏，基区边

5、界靠近集电结一侧处于注入状态，电子浓度大，靠近发射结一侧处于抽取状态，电子浓度小。对应于该工作模式的输出特性曲线位于发射结电流变化较为平稳的区域。特点是发射结电流变化小。3） 饱和状态：由于反射结正偏，集电结正偏，基区边界处都处于注入状态，电子浓度都较高，但由于集电区杂质浓度大于发射区，故经集电结注入的电子浓度大于经发射结注入的电子浓度。对应于该工作模式下的输出特性曲线位于集电极电流随VCE呈线性变化区。特点是，。6. 请阐述MOSFET的基本结构并结合示意图说明在不同外置电压情况下其工作状态和输出特性基本结构：MOSFET由漏-源区，栅氧化层及金属电极等组成。由N型材料衬底制成的管子称为P沟

6、MOSFET，对于由P型材料衬底制成的管子称为N沟MOSFET。以N沟增强型MOSFET为例介绍其工作状态和输出特性。可调电阻区（线性工作区、三极管工作区） 条件： 其中VDS为漏-源电压，VGS为栅-源电压，VT为开启电压 该区内，沟道建立，从源到漏的沟道厚度稍有变化，但比氧化层厚度小的多，因此，此时的沟道区呈现电阻特性，电流IDS与电压VDS基本上是线性关系。而且VGS越大，沟道电阻越小。输出特性对应于图中的区。饱和工作区 条件： 随着VDS的增大，漏端沟道越来越薄，当漏端沟道厚度变为0时，即夹断状态时，就进入了饱和工作区。VDS继续增大，夹断点不断向源端移动。但总的来说，沟道的长度变化不

7、大，所以漏-源电流基本达到饱和值。VDS的增大，只是使夹断区变长，增加的电压均落在夹断区。输出特性对应于区。雪崩击穿区 条件：VDS超过漏与衬底间的击穿电压时，源和漏之间不必通过沟道形成电流，而是由漏极直接经衬底到达源极流过大的电流，IDS迅速增大。输出特性对应于区。7. 叙述非平衡载流子的产生和复合过程，并描述影响非平衡载流子寿命的因素在热平衡状态下半导体中的电子和空穴的产生于复合处于相对平衡，即每秒产生的电子-空穴对数与复合掉的电子-空穴对数相等，从而保持载流子浓度的相对稳定。当用光或者电注入的方式时，半导体中产生-复合的相对平衡被打破，产生超过了复合，在半导体中产生了非平衡载流子。停止注

8、入后，由于电子和空穴的数目增多了，它们在热运动中相遇而复合的机会也大了。这时复合超过产生，非平衡载流子逐渐消失，最终恢复到平衡值。影响非平衡载流子寿命的因素：材料的不同纯度和完整性不同的使用条件答：处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度将不再是n0和p0，可以比它们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。产生：半导体在外加作用（光注入、电注入）时，就能把价带电子激发到导带上去，产生电子-空穴对，使导带比平衡时多出一部分电子n，价带比平衡时多出一部分空穴 p。复合：因电子和空穴的浓度比平衡时增多了，当外加作用消失后，它们在热运动中相互遭遇而复合的机会也成比例增加，这时的复合要超

9、过产生，造成了净复合。原来激发到导带的电子又回到价带，非平衡载流子逐渐消失。复合机制：直接复合间接复合表面复合俄歇复合。影响因素：材料种类 杂质含量（特别是深能级杂质）表面状态 缺陷密度8. 论述在外加直流电压下P-N结势垒的变化、载流子运动以及能带特征1) 正向偏压（P区接电源正极，N区接负极）：v P-N结势垒的变化：当P-N结外加正向偏置电压时，外加电压形成的电场方向与内建电场相反，导致势垒区总的电场强度减弱，空间电荷数量减少，势垒区宽度减小，势垒高度从qVD下降为q(VD-V)。 v 载流子运动：势垒区电场减弱导致载流子的扩散运动大于漂移运动，形成净扩散，以致势垒区边界载流子浓度大于该

10、区内部，从而在N区形成从势垒边界向N区内部的空穴扩散流，在P区形成从势垒边界向P区内部的电子扩散流。非平衡少子边扩散边与P区的空穴复合，经过扩散长度的距离后，全部被复合。v 能带特征：从P型中性区到边界xn处为一水平线，在空穴扩散区斜线上升，到注入空穴为零处与相等。而在N型中性区到边界xP处为一水平线，在电子扩散区斜线下降，到注入电子为零处与相等。-=qV。2) 反向偏压（N区接电源正极，P区接负极）v P-N结势垒的变化：反向偏压在势垒区产生的电场与内建电场方向一致，势垒区的电场增强，势垒区也变宽，空间电荷数量变多，势垒高度由qVD增加为q(VD-V)。v 载流子运动：当P-N结外加反向偏置

11、电压时，外加电压形成的电场方向与内建电场一致，导致势垒区总的电场强度增强/减弱，空间电荷数量增多，势垒区宽度增大，势垒高度从qVD增加为q(VD-V)。此时，电场强度的变化导致载流子的漂移运动大于扩散运动，形成净漂移，以致势垒区边界载流子浓度小于该区内部，从而在区形成从区内部向区势垒边界的空穴扩散流，在区形成从区内部向区势垒边界的电子扩散流。v 能带特征：变化规律与正向偏压时基本相似，不同的只是和的相对位置发生了变化，高于，即>。9. 试叙述P-N结的形成过程以及P-N结外加电压时其单向导电特征v P-N结的形成：在一块N型(或P型)半导体单晶上，用适当的工艺（如合金法、扩散法、生长法、

12、离子注入法等）把P型（或N 型）杂质掺入其中，使这块半导体单晶的不同区域分别具有N型和P型的导电类型，在两者的交界面处就形成了P-N结。v P-N结外加电压时其单向导电特征：1) 在正向偏压下，正向电流密度随正向偏压呈指数关系迅速增大。在室温下，k0T/q=0.026V，一般外加正向偏压约零点几伏，故exp(qV/k0T)»1，可表示为：2) 在反向偏压下，V<0，当q|V|远大于k0T时，exp(qV/k0T)趋于零，可表示为： 负号表示电流密度方向与正向时相反；反向电流密度为常量，与外加电压无关。正向及反向偏压下，曲线是不对称的，表现出P-N结具有单向导电性或整流效应。 1

13、0. 何谓截止频率、特征频率及振荡频率，请叙述共发射极短路电流放大系数与频率间的关系v 截止频率：截止频率f表示共基极短路电流放大系数的幅值/下降到低频值0的时的频率，f反映了电流放大系数的幅值/随频率上升而下降的快慢；截止频率f表示共发射极短路电流放大系数的幅值/下降到低频值0的时的频率，f反映了电流放大系数的幅值/随频率上升而下降的快慢。v 特征频率：fT表示共射短路电流放大系数的幅值下降到/=1时的频率，它是晶体管在共射运用中具有电流放大作用的频率极限。v 振荡频率：fm表示最佳功率增益GPm=1时的频率，它是晶体管真正具有功率放大能力的频率限制。共发射极短路电流放大系数：工作在共射状态

14、下的晶体管在输出端交流短路VCE0=0时，集电极交流电流ic与基极输入电流ib之比。 共射交流放大系数也是复数，其幅值随着频率升高而下降，相位滞后随着频率升高而增大。11.请叙述晶体管四种工作模式并分析不同模式下基区少数载流子的分布特征1）截止状态：由于发射结和集电结都处于反偏，基区边界处电子处于抽取状态故浓度很小。对应于该工作模式的输出特性曲线位于反向饱和电流ICBO下方。特点是输出电流很小，为反向饱和电流。2) 正向放大状态：由于发射结正偏，集电结反偏，基区边界靠近集电结一侧处于抽取状态，电子浓度小，靠近发射结一侧处于注入状态，电子浓度大。对应于该工作模式的输出特性曲线位于集电极电流变化较

15、为平稳的区域。特点是集电极电流变化小，。3）反向放大状态：由于发射结反偏，集电结正偏，基区边界靠近集电结一侧处于注入状态，电子浓度大，靠近发射结一侧处于抽取状态，电子浓度小。对应于该工作模式的输出特性曲线位于发射结电流变化较为平稳的区域。特点是发射结电流变化小， 。4）饱和状态：由于反射结正偏，集电结正偏，基区边界处都处于注入状态，电子浓度都较高，但由于集电区杂质浓度大于发射区，故经集电结注入的电子浓度大于经发射结注入的电子浓度。对应于该工作模式下的输出特性曲线位于集电极电流随VCE呈线性变化区。特点是，。12.请画出P型半导体理想MOS的C-V曲线，并叙述曲线在不同外加电信号作用下的曲线特征

16、及原因1)为负电压,在氧化层-半导体界面多数载流子空穴积累，且变化很快，载流子可以很快达到平衡，在高频和低频情况下，器件完全跟上所加交流信号的变化,很小可忽略,无论高频还是低频，C都近视等于。2）为小的正电压，在栅上有-Q电荷，在半导体中有+Q的耗尽层电荷。在有效宽度为W的范围内，多数载流子被中和排斥，而系统状态同样变化很快（高，低频一致）,耗尽层宽度W随所加交流信号在直流值附近呈准静态涨落，此时C相当于串联,并随正压增大而减小。3）为高的正电压，近半导体表面堆积大量少数载流子，内部耗尽层宽度趋向于最大值，体现两种情况：a低频率（），少数载流子变化跟上所加交流信号，交流状态本质上是直流状态的延

17、续。如同积累状态，b高频率（），较慢的产生-复合过程无法跟上所加交流信号来提供或消除少数载流子，因此，反型层内少数载流子数目固定在固定的直流值，仅只有耗尽层宽度以直流值情况下在附近涨落，有由于为最大值，C最小。13.影响MOS的C-V特性的因素有哪些？它们是如何影响C-V曲线的1）氧化层内正电荷对C-V特性的影响 氧化层内正电荷（QSS）的作用，可以看作在没有外加电压（VG=0）时，相当于施加了一个正电压。 2）金属-半导体功函数的影响 真空能级和费米能级之间的能量差称为材料的功函数（）。不同材料，具有不同功函数，因而MOS结构的两个电极（金属、半导体）就会存在功函数差（MS） 。由于铝功函数

18、小于半导体，不管是N型还是P型半导体，功函数差MS都是负值；而一般铝和N型半导体的MS总比与P型半导体的MS来得小。 MS使C-V曲线产生左移影响3）掺杂浓度、氧化层厚度、温度对C-V特性影响 掺杂浓度提高，高频反型电容会大大增加，耗尽偏置区将大大展宽。曲线上表现为电容下降的耗尽范围从1V左右扩展到2V以上，反型区域最小电容值按（倍/数量级）增加，呈底部抬高之势。而无曲线平移，且积累区电容固定，各掺杂浓度重叠一致。 氧化层厚度增加也会使耗尽偏置区展宽，并使高频反型电容升高，形式与掺杂一致，主要由于展厚氧化层将分担更大比例电压所致。温度对C-V的反型偏置电容有中等敏感度，其他区域则基本上不随温注

19、：灰色部分为答案，括号里的为详解，自愿背。14.MOS中硅-二氧化硅，二氧化硅层中有哪些影响器件性能的不利因素答：硅-二氧化硅界面，二氧化硅层中存在一些严重影响器件性能的因素，主要是氧化层中可动离子，固定氧化层电荷，界面陷阱，以及辐射、高温高负偏置应力会引起附加氧化层电荷的增加等。（可动离子：这些可动离子中有正离子，刚沾污氧化层时这些离子都在氧化层表面，在温场和电场作用下会漂移至硅-二氧化硅界面处，使硅表面感应出负电荷，影响器件稳定性。固定电荷：与氧化层厚度、半导体掺杂浓度、掺杂类型无关；受不同晶向影响而变化；温度上升，固定电荷密度近似线性下降，且当经过不同温度条件下生长的氧化层，其固定电荷由

20、最终温度决定；氧化后硅片在惰性气氛中退火（加热）足够长时间，不管其生长氧化层温度高还是低，总能获得最小固定电荷密度值。固定电荷影响导体表面电性质。界面陷阱：界面陷阱主要是由于半导体表面的不完全化学键或所谓的“悬挂键”引起的，是一种在邻近材料表面电子占据的允许能态，使得界面态密度增加。电离陷阱：氧化层中产生的电子-空穴对除立即复合外剩余部分在电场作用下分离，空穴在跃迁后到达硅-二氧化硅界面后与来自硅的电子复合或在深能级处被陷住，形成电离陷阱。）15.介绍MIS结构及其特点，并结合能带变化论述理想MIS结构在加不同偏压时半导体表面特征答：MIS结构（金属-绝缘体-半导体）结构可看做一个平行板电容器

21、，即是由中间绝缘层将金属板和半导体两个电极隔开。理想状态MIS即绝缘体内无任何电荷且完全不导电，金属与半导体功函数差为零，绝缘体与半导体界面不存在任何界面态。理想 M I S 结构在正偏和负偏时，半导体表面可有三种情形：（1）p型（理想MIS 二极管在V0时的三种能带图） 积累 耗尽 反型积累：能带向上弯曲，导带底接近费米能级，多数载流子在表面积累；耗尽：能带向下弯曲，多数载流子耗尽；反型：能带向下弯曲增加，本征能级与费米能级在表面相交，表面处的少数载流子多于多数载流子。（2） n型（理想MIS 二极管在V0时的三种能带图） 积累 耗尽 反型积累：能带向下弯曲，价带顶接近费米能级，多数载流子在

22、表面积累；耗尽：能带向上弯曲，多数载流子耗尽；反型：能带向上弯曲增加，本征能级与费米能级在表面相交，表面处的少数载流子多于多数载流子。16.晶体管具备放大能力须具备哪些条件答：发射区浓度远高于基区浓度（NE>>NB>NC）以保证发射效率约等于1 基区宽度小于扩散宽度，产生大的浓度梯度，扩散更快 发射结正偏，集电结反偏。17.饱和开关电路和非饱和开关电路的区别（各自有缺点）是什么答：饱和开关电路：优点：工作在截至区和饱和区，输出电平较稳定，对晶体管参数的均匀性要求不高，电路设计简单；缺点：开关速度慢。非饱和开关电路：优点：工作在截止区和放大区，开关速度快；缺点：对晶体管的参数均

23、匀性要求高，输出电平也不够稳定。18.简述势垒区正负空间电荷区的宽度和该区杂质浓度的关系答：N区有均匀施主杂质，浓度为ND，P区有均匀受主杂质，浓度为NA。势垒区的正负空间电荷区的宽度分别为Xn和-Xp。 上式表明，势垒区内正负空间电荷区的宽度和该区的杂质浓度成反比。杂质浓度高的一边宽度小，杂质浓度低的一边宽度大。所以势垒区主要向杂质浓度低的一边扩散。19.结合能带图简述绝缘体、半导体及导体的导电能力答：如下图：导体能带被电子部分占满，在电场作用下这些电子可以导电；绝缘体禁带很宽，价带电子常温下不能被激发到空的导带，导电性不好；半导体禁带比较窄，常温下，部分价带电子被激发到空的导带，形成有少数

24、电子填充的导带和留有少数空穴的价带，都能带电。导电性：导体>半导体>绝缘体。20.说明晶体管具有电信号放大能力的条件并画出不同情况下晶体管的输入输出曲线并描述其特征晶体管具有电信号放大能力的条件是：（1）发射区杂质浓度比基区杂质浓度高得多，即NE远大于NB，以保证发射效率1；（2）基区宽度WB远小于LnB，保证基区输运系数*1；（3）发射结必须正偏，使re很小；集电结反偏，使rc很大，rc远大于re。共基极晶体管：输入特性曲线特征：由于发射结正向偏置，所以，IEVBE输入特性实际上就是正向P-N结的特性，因而IE随VBE指数增大。但它与单独P-N结间存在差别，这是由于集电结反向偏置

25、VCB影响的结果。若VCB增大，则集电结的势垒变宽，势垒区向基区扩展，这样就使有效基区宽度随VCB增加而减小（这种现象称为基区宽变效应）。由于WB减小，使少子在基区的浓度梯度增加，从而引起发射区向基区注入的电子电流InE增加，因而发射极电流IE就增大。所以，输入特性曲线随VCB增大而左移。输出特性曲线：特征：当IB=0（基极开路）时，IC=ICEO。这是因为共射极电路的输出电压为VCE，这个电压虽然主要降落在集电结上，使集电结反偏，但也有一小部分电压降落在发射结上，使发射结正偏。因此共射极电路中，当IB=0时，IE并不为零，这部分发射极电流输运到集电极上，使输出电流ICE0比ICB0大，这就是

26、图中下面的第一条曲线。当IB0时，随着IB的增加，IC就按IB的规律增加。IB取不同的数值，IBVCE关系就得到一组曲线。共发射极：输入特性曲线：特征：由于发射结正偏，如将输出端短路，VCE=0时，就相当于将发射结与集电结两个正向P-N结并联。所以，输入特性曲线与正向P-N结伏安特性相似。当集电结处于反偏时，由于基区宽度减小，基区内载流子的复合损失减少，IB也就减少。所以，特性曲线随VCE的增加而右移。而且，当VBE=0时，IpE和IVR都等于零，故IB=-ICBO。因而在VBE=0处，特性曲线下移至ICBO。输出特性曲线：特征：当IB=0（基极开路）时，IC=ICEO。这是因为共射极电路的输

27、出电压为VCE，这个电压虽然主要降落在集电结上，使集电结反偏，但也有一小部分电压降落在发射结上，使发射结正偏。因此共射极电路中，当IB=0时，IE并不为零，这部分发射极电流输运到集电极上，使输出电流ICE0比ICB0大，这就是图中下面的第一条曲线。当IB0时，随着IB的增加，IC就按IB的规律增加。IB取不同的数值，IBVCE关系就得到一组曲线。21.请画图并叙述晶体管电流放大系数与频率间的关系当频率较低时，电流放大系数变化很小，但当频率超过某一值之后，电流放大系数很快下降。22.请画出MOSFET器件工作中的输出特性及转移特性曲线并描述其特征以N沟增强型为例：输出特性曲线： 特征：1）.共分

28、为三个工作区，可调电阻区，饱和工作区和雪崩击穿区2）当VGS<VDS-VDT时，此时沟道区呈现电阻特性，电流IDS与VDS基本上是线性关系。而且，VGS越大，沟道电阻越小，故称为可调电阻区。3）随VDS增加，IDS上升减慢，IDSVDS的直线关系变弯曲，当VGS>VDS-VDT时，漏源电流基本上达到饱和值IDSS，称为饱和工作区4）当VDS超过漏与衬底间P-N结的击穿电压时，IDS迅速增大，称为雪崩击穿区。 转移特性曲线：特征：曲线横截距为VT，当VGS>VT，出现IDSS，且随VGS增大，IDSS增大，增大速度越来越快。23.请叙述双极型晶体管和场效应晶体管的工作原理及区别双