2023年半导体物理器件期末考试试题

2023半导体物理器件期末考试试题全

半导体物理器件原理（期末试题大纲）

指导教师：陈建萍

一、简答题（共6题，每题4分）。

■代表试卷已出的题目

1、耗尽区：半导体内部净正电荷与净负电荷区域，由于它不存在任

何可动的电荷，为耗尽区（空间电荷区的另一种称呼）。

2、势垒电容：由于耗尽区内的正负电荷在空间上分别而具有的电容

充放电效应，即反偏Fpn结的电容。

3、Pn结击穿：在特定的反偏电压下，反偏电流快速增大的现象。

.4、欧姆接触：金属半导体接触电阻很低，且在结两边都能形成电流

的接触。

5、饱和电压：栅结耗尽层在漏端刚好夹断时所加的漏源电压。

・6、阈值电压：到达阈值反型点所需的栅压。

.7、基区宽度调制效应：随C-E结电压或C-B结电压的变化，中性基

区宽度的变化。

8、截止频率：共放射极电流增益的幅值为1时的频率。

9、厄利效应：基带宽度调制的另一种称呼〔晶体管有效基区宽度随

集电结偏置电压的变化而变化的一种现象）

10、隧道效应：粒子穿透薄层势垒的量子力学现象。

D_kT

Uf

11、爱因斯坦关系：集中系数和迁移率的关系：

12、集中电容：正偏pn结内由于少子的存储效应而形成的电容。

.13、空间电荷区：冶金结两侧由于n区内施主电离和p区内受主电离

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而形成的带净正电荷与净负电荷的区域。

14、单边突变结：冶金结的一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度

的pn结。

15、界面态：氧化层-半导体界面处禁带宽度中允许的电子能态。

16、平带电压：平带条件发生时所加的栅压，此时在氧化层下面的半

导体中没有空间电荷区。

17、阈值反型点：反型电荷密度等于掺杂浓度时的情形。

18、外表散射：当载流子在源极和源漏极漂移时一，氧化层—半导体界

面处载流子的电场吸引作用和库伦排斥作用。

19、雪崩击穿：由雪崩倍增效应引起的反向电流的急剧增大，称为雪

崩击穿。

20、内建电场：n区和p区的净正电荷和负电荷在冶金结四周感生出

的电场叫内建电场，方向由正电荷区指向负电荷区，就是由n区指向

p区。

21、齐纳击穿：在重掺杂pn结内，反偏条件下结两侧的导带与价带

离得格外近，以至于电子可以由p区的价带直接隧穿到n区的导带的

现象。

22、大注入效应：大注入下，晶体管内产生三种物理现象，既三个效

应，分别称为：（1）基区电导调制效应；（2）有效基区扩展效应；

⑶放射结电流集边效应。它们都将造成晶体管电流放大系数的下降。

这里将它们统称为大注入效应。

23、电流集边效应：在大电流下，基极的串联电阻上产生一个大的压

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降，使得放射极由边缘到中心的电场减小，从而电流密度从中心到边

缘逐步增大，消灭了放射极电流在靠近基区的边缘渐渐增大，此现象

称为放射极电流集边效应，或基区电阻自偏压效应。

・24、基区运输因子：共基极电流增益中的一个系数，表达了中性基区

中载流子的复合（后面问答题消灭了）

25、外表电场效应：半导体中的电导被垂直于半导体外表电场调制的

现象。

26、肖特基势垒场效应：当半导体加正向偏压时，半导体一金属势垒高

度增大，无电荷流淌，形成反偏；在金属上加正向偏压时，半导一金

属势垒高度减小，电子从半导体流向金属，形成正偏。

・27、放射效率：有效注入电流占放射极总电流的比例。（后面的问答

题消灭了）

・28、反型层：绝缘层和衬底界面上消灭与衬底中多数载流子极性相反

的电荷，称为反型层。

■29、辐射复合：依据能量守恒原则，电子与空穴复合时应释放肯定的

能量，假设能量以光子的形式放出，这种复合成为辐射复合。

30、光生伏特效应：指光照使不均匀半导体或者半导体与金属结合的

不同部位之间产生电位差的现象。

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二、画图题。

・1、画出零偏、反偏、正偏状态下pn结的能带图

.2、画出积存、平带、耗尽、本征及反型状态下，MOS电容器的能带

图，以P/N型，Si为衬底

.3、画出平衡状态下金属与P/N型半导体接触图，其中

Wm<Ws/Wm>Ws,并说明属于何种接触。

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（1）金属与n型半导体接触

-/n＞匕，电子由半导体进入金属，在半导体表面形成电子势垒

（阻挡层）

•%＞%,电子由金属进入半导体，内＞0,能带下降，表面是电子势阱,

形成电导层（反阻挡层）

金属和n型半导体接触能带图（匕F%）

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►，能带下降，形成空穴势垒，为P型阻挡层

金属和p型半导体接触能带图

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4、画出PN结的实际IT特性图，并说明其与抱负状况的区分。

伏安特性理论曲线

反偏：

空间电荷区载流子浓度低于平衡值；产生率高于更合率，有序产生流；

反向电流是反向扩散流与产生流之和。

Si（和GaAs）等本征我流了浓度较低，空间电荷区内我流于产生流在反向

电流中起支配作用，所以理论值与实验值相若较大.

Gc本征俄流了浓度较高，反向扩散流通远大于产生流，理论值与实际

符合较好。

止偏小电流：

空间电荷区内栽流子浓度需于平衡值；

我流广的友合高「产生，有净的交合流：

正向电流应为正向扩散流与空间电荷区净夏合流之和。

Si和GaAs,在电小流时，复合电流起支配作用，影响不可忽略；随电

流密度增大，复合电流的影响减小，理论与实验逐渐相符。

5、画出共源N沟道MOSFET的小信号等效电路，并解释每个电容的物

理来源。

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图10.53共源n沟道MQSEET岫44二上必^电路

参数Cds为漏-衬底Pn结电容，参数Cgst、Cgdt为总栅源电容和总

栅漏电容。

三、问答题。

*1、空间电荷区宽度与反偏电压的函数关系是什么？为什么空间电荷

区宽度随着反偏电压的增大而增大？

缘由：在给定的杂质掺杂浓度条件下，耗尽区内的正负电荷要想增加，

空间电荷区的宽度W就必需增大，因此，空间电荷区随着外加反偏

电压Vr的增加而展宽。

2、pn结处于正向偏置和反向偏置下，说明其少数载流子的运动规律。

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答：pn结处于正向偏置下，电子向p区集中，空穴向n区集中（少

子注入）；非平衡少子边集中边与多子复合，并在集中长度处根本被

全部复合。

Pn结处于反向偏置下，空间电荷区及其边界少子浓度低于平衡

值，集中长度范围内少子向xm内集中，并在电场作用下漂移进对方

电极形成漂移电流。

.3、具体说明肖特基二极管与一般二极管的区分。

答：LI-V关系式形式一样，由于电流输运机制不同，肖特基二极

管的电流要比pn结大几个数量级。

2.相应的肖特基二极管的导通压降也比较低。

3.由于肖特基二极管是单极件，只有多子，少子很少，可认为

无少子存储电荷，高频特性好，开关时间短，一般在ps数量级。pn

结开关时间在ns数量级。

4、阈值电压的定义，并解释什么是阈值电压的外表势？

答：阈值电压：到达阈值反型点所需的栅压。阈值反型点为对于P

型器件当外表势6s=26fp时或对于n型器件当外表势6s=26fn时的

期间状态。

阈值电压的外表势：它是体内EFi与外表EFi的势垒高度。

・5、说明MOS电容器中反型层电荷的产生过程。

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・6、写出实际MOS阈值电压表达式并说明试中各项的物理意义。

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