半导体器件物理习题与参考文献
第一章习题
1–1．设晶格常数为a 的一维晶体，导带极小值附近能量为)(k E c ：
m
k k m k k E c 2
1222)(3)(-+= 价带极大值附近的能量为：m
k m k k E v 2
22236)( -=式中m 为电子能量，A
14.3,1 ==a a k π
，试求： （1）禁带宽度；
（2）导带底电子的有效质量；
（3）价带顶空穴的有效质量。
1–2．在一维情况下：
（1）利用周期性边界条件证明：表示独立状态的k 值数目等于晶体的原胞数；
（2）设电子能量为*2
22n
m k E =，并考虑到电子的自旋可以有两种不同的取向，试证明在单位长度的晶体中单位能量间隔的状态数为1*2)(-=E h
m E N n 。 1–3．设硅晶体电子中电子的纵向有效质量为L m ，横向有效质量为t m
（1）如果外加电场沿[100]方向，试分别写出在[100]和[001]方向能谷中电子的加速度；
（2）如果外加电场沿[110]方向，试求出[100]方向能谷中电子的加速度和电场之
间的夹角。
1–4．设导带底在布里渊中心，导带底c E 附近的电子能量可以表示为*2
22)(n
c m k E k E += 式中*n m 是电子的有效质量。试在二维和三维两种情况下，分别求出导带附近的状
态密度。
1–5．一块硅片掺磷1510原子3/cm 。求室温下（300K ）的载流子浓度和费米能级。 1–6．若n 型半导体中（a ）ax N d =，式中a 为常数；（b ）ax d e N N -=0推导出其中的电场。
1–7．（1）一块硅样品的31510-=cm N d ，s p μτ1=，1
319105--?=s cm G L ，计算它的
电导率和准费米能级。
（2）求产生1510个空穴3/-cm 的L G 值，它的电导率和费米能级为若干？
1–8． 一半导体31031610,10,10--===cm n s cm N i n a μτ，以及131810--=s cm G L ，计算
300K 时（室温）的准费米能级。
1–9．（1）一块半无限的n 型硅片受到产生率为L G 的均匀光照，写出此条件下的空穴连
续方程。
（2）若在0=x 处表面复合速度为S ，解新的连续方程证明稳定态的空穴分布可用
下式表示 )1()(/0p p L x p L p n n S L Se G p x p p
τττ+-+=-
1–10．由于在一般的半导体中电子和空穴的迁移率不同的，所以在电子和空穴数目恰好
相等的本征半导体中不显示最高的电阻率。在这种情况下，最高的电阻率是本征半导体电阻率的多少倍？如果p n μμ>，最高电阻率的半导体是N 型还是P 型？ 1–11．用光照射N 型半导体样品（小注入），假设光被均匀的吸收，电子-空穴对的产生
率为G ，空穴的寿命为τ，光照开始时，即0,0=?=p t ，试求出：
（1）光照开始后任意时刻t 的过剩空穴浓度)(t p ?；
（2）在光照下，达到稳定态时的过剩空穴浓度。
1–12．施主浓度31510-=cm N d 的N 型硅。由于光的照射产生了非平衡载流子
31410-=?=?cm p n ，试计算这种情况下准费米能级的位置，并与原来的费米能级做比较。
1–13．一个N 型硅样品，s V cm p ./4302=μ，空穴寿命为s μ5。在它的一个平面形的
表面有稳定的空穴注入。过剩空穴浓度31310-=?cm p ，试计算从这个表面扩散进入半导体内部的空穴电流密度。以及在离表面多远处过剩空穴浓度等于31210-cm ？
第二章习题
2-1．P N +结空间电荷区边界分别为p x -和n x ，利用T V V i e n np /2=导出一般情况下的)(n n x p 表达式。给出N 区空穴为小注入和大注入两种情况下的)(n n x p 表达式。 2-2．根据热平衡时净电子电流或净空穴电流为零，推导方程
20ln i
a d T p n n N N V =-=ψψψ。 2-3．根据修正欧姆定律和空穴扩散电流公式证明，在外加正向偏压V 作用下，PN 结N
侧空穴扩散区准费米能级的改变量为qV E FP =?。
2-4． 硅突变结二极管的掺杂浓度为：31510-=cm N d ，320104-?=cm N a ，在室温下计算：
（1）自建电势（2）耗尽层宽度 （3）零偏压下的最大内建电场。
2–5．若突变结两边的掺杂浓度为同一数量级，则自建电势和耗尽层宽度可用下式表示
)(2)(020d a p n d a N N K x x N qN ++=εψ ??
????+=)(200d a a a n N N qN N K x ψε 2
100)(2??????+=d a a d p N N qN N K x ψε 试推导这些表示式。 2–6．推导出线性缓变PN 结的下列表示式：（1）电场（2）电势分布（3）耗尽层宽度（4）
自建电势。
2-7．推导出N N +结（常称为高低结）内建电势表达式。
2-8．（1）绘出图2-6a 中31410-=cm N BC 的扩散结的杂质分布和耗尽层的草图。解释为
何耗尽层的宽度和R V 的关系曲线与单边突变结的情况相符。
（2）对于31810-=cm N BC 的情况，重复（a ）并证明这样的结在小R V 的行为像线
性结，在大R V 时像突变结。
2-9． 对于图2-6（b ）的情况，重复习题2-8。
2–10．（1）PN 结的空穴注射效率定义为在0=x 处的0/I I p ，证明此效率可写成
n
p p n p
L L I I σσγ/11+== （2）在实际的二极管中怎样才能使γ接近1；
2-11．长PN 结二极管处于反偏压状态：
（1）解扩散方程求少子分布)(x n p 和)(x p n ，并画出它们的分布示意图
（计算机解）。
（2）计算扩散区内少子贮存电荷。
（3）证明反向电流0I I -=为PN 结扩散区内的载流子产生电流。
2-12． 若PN 结边界条件为n w x =处0n p p =，p w x -=处po n n =。其中p w 和n w 分
别与p L 与n L 具有相同的数量级，求)(x n p 、)(x p n 以及)(x I n 、)(x I p 的表达式（计算机解）。
2–13．在P N +结二极管中，N 区的宽度n w 远小于Lp,用A p qS I n w x p n ?==（ S 为表面
复合速度）作为N 侧末端的少数载流子电流，并以此为边界条件之一，推导出载流子和电流分布。絵出在S ＝0和S ＝∞时N 侧少数载流子的分布形状。
2-14．推导公式（2-72）和（2-73）。
2–15．把一个硅二极管用做变容二极管。在结的两边掺杂浓度分别为1910=a N 以及
1510=d N 。二极管的面积为100平方密尔。
（1）求在1=R V 和V 5时的二极管的电容。
（2）计算用此变容二极管及mH L 2=的储能电路的共振频率。
（注：mil （密耳）为长度单位，in mil 3101-=（英寸）m 51054.2-?=） 2-16．用二极管恢复法测量P N +二极管空穴寿命。
（1）对于mA I f 1=和mA I r 2=，在具有ns 1.0上升时间的示波器上测得
ns t s 3=，求p τ。
（2）若（a ）中快速示波器无法得到，只得采用一只具有ns 10上升时间较慢的示
波器，问怎样才能使测量精确？叙述你的结果。
2-17．P N +结杂质分布Na ＝常数，L x d d e N N -=0，导出V C -特性表达式。
2–18．若P N +二极管N 区宽度n w 是和扩散长度同一数量级，推导小信号交流空穴分布
和二极管导纳，假设在n w x =处表面复合速度无限大。
2–19．一个硅二极管工作在0.5V 的正向电压下，当温度从C 25上升到C 150时，计算电流增加的倍数。假设T V V e I I 20≈，且o I 每10C 增加一倍。
2–20．采用电容测试仪在1MH Z 测量GaAs N P +结二极管的电容反偏压关系。下面
是从
0—5V 每次间隔2
1V 测得的电容数据，以微法为单位：19.9，17.3，15.6，14.3，13.3，12.4，11.6，11.1，10.5，10.1，9.8。计算0ψ和d N 。二极管的面积为4104-?2cm 。
2-21． 在I mA I mA r f 0.1,5.0==条下测量P +
N 长二极管恢复特性。得到的结果
是 t S =350ns 。用严格解和近似公式两种方法计算p τ。
2–22．在硅中当最大电场接近cm V /106时发生击穿。假设在P 侧20310a N cm -=，为要得到V 2的击穿电压，采用单边突变近似，求N 侧的施主浓度。
2–23．对于下图中的P v N ++--二极管，假设P +和N +
区不承受任何外加电压，证明雪崩击穿的条件可表示为22exp()1exp()1m v i v m m A qBN W B qN B εεε??---=????
参考文献
1. Shockley, W ．：Theory of p-n Junction in Semiconductors and p-n Junction Transistors,
Bell Syst ．Tech ．J., 28:435(1949)．
2. H ．Lawrence and R ．M ．Warner, Jr., Diffused Junction Depletion Layer Caculation, Bell
Syst ．Tech ．J., 39:389-403(1960)．
3. B ．Lax and S ．F ．Neustadter, Transient Response of a p-n Junction, J ．Appl ．Phys.,
25:1148(1954)．
4. J ．L ．Moll and S ．A ．Hamilton, Physical Modelling of the Step Recovery Diode for Pulse
and Harmonic Generation Circuits., Proc ．IEEE, 57:1250(1969)．
5. Dimitrijev, S ．Understanding Semiconductor Devices ．New York: Oxford University
Press, 2000．
6. Kano, K ．Semiconductor Devices ．Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1998．
7. Li, S ．S ．Semiconductor Physical Electronics ．New York: Plenum Press, 1993．
8. Muller, R ．S., and T ．I ．Kamins ．Device Electronics for Integrated Circuits ．2nd ed ．New
York: Wiley, 1986．
9. Navon, D ．H ．Semiconductor Micro-devices and Materials ．New York: Holt, Rinehart &
Winston, 1986．
10. Neudeck, G ．W ．The PN Junction Diode ．V
ol.2 of the Modular Series on Solid State a d N N -
m ε
Devices ．2nd ed ．Reading, MA: Addison-Wesley, 1989． 11.
Ng, K ．K ．Complete Guide to Semiconductor Devices. New York: McGraw-Hill, 1995. 12.
Pierret ，R ．F ．Semiconductor Device Fundamentals ．Reading ，MA: Addison-Wesley ，1996． 13.
Roulston, D ．J ．An Introduction to the Physics of Semiconductor Devices ．New York: Oxford University Press, 1999． 14.
Shur, M ．Introduction to Electronic Devices ．New York: John Wiley and Sons, 1996． 15.
Shur, M ．Physics of Semiconductor Devices ．Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1990． 16.
Singh, J ．Semiconductor Devices: Basic Principles ．New York: John Wiley and Sons, 2001． 17.
Sze, S ．M ．Physics of Semiconductor Devices ．2nd ed ．New York: Wiley, 1981． 18.
Sze, S ．M ．Semiconductor Devices ：Physics and Technology, 2nd ed ．New York: John Wiley and Sons, Inc., 2001． 19.
Wang, S ．Fundamentals of Semiconductor Theory and Device Physics ．Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1989． 20. Yang, E ．S ．Microelectronic Devices ．New York: McGraw-Hill, 1988．
习题
3–1．（1）画出PNP 晶体管在平衡时以及在正向有源工作模式下的能带图。
（2）画出晶体管的示意图并表示出所有的电流成分，写出各极电流表达式。
（3）画出发射区、基区、集电区少子分布示意图。
3–2．考虑一个NPN 硅晶体管，具有这样一些参数：m x B μ2=，在均匀掺杂基区
231601.0,1,105cm A s cm N n a ==?=-μτ。若集电结被反向偏置，mA I nE 1=，计算在发射结基区一边的过量电子密度、发射结电压以及基区输运因子。
3–3． 在习题3–2的晶体管中，假设发射极的掺杂浓度为3
1810-cm ，m x E μ2=，ns pE 10=τ，发射结空间电荷区中，s μτ1.00=。计算在mA I nE 1=时的发射效率和FE h 。
3-4．（1）根据公式（3-19）或（3-20），证明对于任意的
n B L x 值，公式（3-41）和（3-43）
变成
E dE PE n B n a n i
x N D L x L N D qAn a +-=)(coth [211] n
B n a i n L x h L N n qAD a a csc 22112== ])(coth [
222PC dC PC n B n a n i L N D L x L N D qAn a +-=
（2）证明，若
n B L x <<1,（a ）中的表达式约化为（3－41）和（3－43）
。
3–5．证明在有源区晶体管发射极电流–电压特性可用下式表示01EB E F R I I αα≈-T E V V e /+0
2τE i W qAn T E V V e /其中0E I 为集电极开路时发射结反向饱和电流。提示：首先由EM 方程导出001EB F F R
I I αα=
-。
3–6．（1）忽略空间电荷区的复合电流，证明晶体管共发射极输出特性的精确表达式为
-V )1()1()1()1(ln 00R C B R F F F C B F R F R T CE I I I I I I V ααααααα-++---+-=+F
R T V ααln 提示：首先求出用电流表示结电压的显示解。
（2）若I B >>I 0E 且)1(0R F R B F I I ααα->>，证明上式化为
1/ln 1/R C B FER CE T C B FEF I I h V V I I h α+=-, 其中.1,1R
R FER F F FEF h h αααα-=-= 3-7．一个用离子注入制造的NPN 晶体管，其中性区内浅杂质浓度为()0x
L a N x N e
-=，
中18302100.3N cm l m μ-=?=，。
（1）求宽度为0.8m μ的中性区内单位面积的杂质总量；
（2）求出中性区内的平均杂质浓度；
（3）若19321101/pE dE pE L m N cm cm s
μ-===，，D ，基区内少子平均寿命为610s -，基区的平均扩散系数和（2）中的 杂质浓度相应，求共发射极电流增益。
3–8．若在公式T E B
V V x a i n n e dx N n qAD I ?=02
中假设n C I I =，则可在集电极电流I c ~E V 曲线计
算出根梅尔数。求出图3-12中晶体管中的根梅尔数。采用s cm D n /352=、
21.0cm A =以及1031.510i n cm -=?。
3–9．（1）证明对于均匀掺杂的基区，式??-=B B x x x a a n
T dx dx N N L 02)1(11β简化为
22211n B T L x -=β （2）若基区杂质为指数分布，即B x x a e N N α-=0，推导出基区输运因子的表示式。
3-11． 基区直流扩展电阻对集电极电流的影响可表示为
()0exp /c E B bb T I I V I r V '=-????，用公式以及示于图3－12的数据估算出bb r '
3-12．（1）推导出均匀掺杂基区晶体管的基区渡越时间表达式。假设B n x L <<1。
（2）若基区杂质分布为0B ax x a N N e -=，重复（1）
3-13．硅NPN 晶体管在300K 具有如下参数：I E =1mA,C TE =1pF,0.5B x m μ=, D n =25cm 2/S, 0.5m x m μ=, r SC =2.4μm, C TC =0,1pF 。求发射区－集电区渡越时间和截止频率。
3-14．若实际晶体管的基极电流增益为
0αα=e αωω/jm /(1+j ω/αω)，证明
0/T m αωωα=（1+）
， 式中T ω是共发射极电流增益模量为1时的频率。
3-15．（1）求出图3－23中输出短路时out in i i 的表达式。
（2）求出βω，它相应于out in i i 的数值下降到3dB 的情况。
（3）求出T ω
3-17.证明均匀基区BJT 穿通击穿电压可表示为：
022εk qW BV B BC =dc
dc a a N N N N )(+ 3-18.一均匀基区硅BJT ，基区宽度为0.5m μ，基区杂质浓度16310a N cm -=。若穿通电压期望值为BV BC =25V ，集电区掺杂浓度为若干？如果不使集电区穿通，集电区宽度至少应大于多少？
3-19．证明平面型双扩散晶体管的穿透电压可用下式表示
02BC B s dC qG G BV x k N ??=+ ?∈??
式中G 为根梅尔数。
参考文献
1. R ．Beaufoy and J ．J ．Sparks, The Junction Transistor as a Charge controlled Device, A TE
J ．(GB), 13:310(October 1957)．
2. Kano, K ．Semiconductor Devices ．Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1998．
3. Muller, R ．S., and T ．I ．Kamins ．Device Electronics for Integrated Circuits ．2nd ed ．New
York: Wiley, 1986．
4. Navon, D ．H ．Semiconductor Microdevices and Materials ．New York: Holt, Rinehart &
Winston, 1986．
5. Neudeck, G ．W ．The PN Junction Diode ．V ol.2 of the Modular Series on Solid State
Devices ．2nd ed ．Reading, MA: Addison-Wesley, 1989．
6. Ng, K ．K ．Complete Guide to Semiconductor Devices. New York: McGraw-Hill, 1995.
7. Ning, T ．H., and R ．D ．lsaac ．“Effect of Emitter Contact on Current Gain of Silicon
Bipolar Devices ．” Polysilicon Emitter Bipolar Transistors ．eds ．A ．K ．Kapoor and
D ．J ．Roulston ．New York: IEE
E Press, 1989．
8. Pierret ，R ．F ．Semiconductor Device Fundamentals ．Reading ，MA: Addison-Wesley ，
1996．
9. Roulston, D ．J ．Bipolar Semiconductor Devices ．New York: McGraw-Hill, 1990
10. Roulston, D ．J ．An Introduction to the Physics of Semiconductor Devices ．New York:
Oxford University Press, 1999．
11. Shur, M ．GaAs Devices and Circuits ．New York: Plenum Press, 1987．
12. Shur, M ．Introduction to Electronic Devices ．New York: John Wiley and Sons, 1996．
13. Shur, M ．Physics of Semiconductor Devices ．Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1990．
14.
Singh, J ．Semiconductor Devices: An Introduction ．New York: McGraw-Hill, 1994 15.
Sze, S ．M ．High-Speed Semiconductor Devices ．New York: Wiley, 1990． 16.
Sze, S ．M ．Physics of Semiconductor Devices ．2nd ed ．New York: Wiley, 1981． 17.
Tiwari, S., S ．L ．Wright, and A ．W ．Kleinsasser ．“Transport and Related Properties of (Ga, Al)As/GaAs Double Heterojunction Bipolar Junction Transistors ．” IEEE Transactions on Electron Devices, ED-34(February 1987), pp ．185-87． 18.
Taur, Y ., and T ．H ．Ning ．Fundamentals of Modern VLSI Devices ．New York: Cambridge University Press, 1998． 19.
Wang, S ．Fundamentals of Semiconductor Theory and Device Physics ．Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1989． 20.
Warner, R ．M., Jr., and B ．L ．Grung ．Transistors: Fundamentals for the Integrated-Circuit Engineer ．New York: Wiley, 1983． 21. Yang, E ．S ．Microelectronic Devices ．New York: McGraw-Hill, 1988．
第四章习题
4-1．一硅肖特基势垒二极管有0.01 cm 2的接触面积，半导体中施主浓度为1016cm 3-设V 7.00=ψ，V V R 3.10=。计算
（1）耗尽层厚度；
（2）势垒电容；
（3）在表面处的电场
4-2．（1）从示于图4-3的GaAs 肖特基二极管电容-电压曲线求出它的施主浓度、自建电
势势垒高度。
(2) 从图4-7计算势垒高度并与（1）的结果作比较。
4-3．画出金属在P 型半导体上的肖特基势垒的能带结构图，忽略表面态。指出（1）s m φφ> 和（2）s m φφ<两种情形是整流节还是非整流结，并确定自建电势和势垒高度。
4-4.自由硅表面的施主浓度为153
10cm -，均匀分布的表面态密度为122110ss D cm eV --=， 电中性级为0.3V E eV +，计算该表面的表面势（提示：首先求出费米能级与电中性能
级之间的能量差，存在于这些表面态中的电荷必定与表面势所承受的耗尽层电荷相等）。 4-5.已知肖特基二极管的下列参数：V m 0.5=φ，eV s 05.4=χ，31910-=cm N c ，
31510-=cm N d ，以及k=11.8。假设界面态密度是可以忽略的，在300K 计算：
（1）零偏压时势垒高度，自建电势，以及耗尽层宽度；
(2)在0.3v 的正偏压时的热离子发射电流密度。
4-6．在一金属-硅的接触中，势垒高度为eV q b 8.0=φ,有效理查逊常数为
222/10*K cm A R ?=，eV E g 1.1=，31610-=cm N d ，以及
31910-==cm N N v c 。
（1）计算在300K ，零偏压时半导体的体电势n V 和自建电势；
（2）假设s cm D p /152=和um L p 10=，计算多数载流子电流对少数载流子电流
的注入比。
4-7． 计算室温时金N-GaAs 肖特基势垒的多数载流子电流对少数载流子电流的比例。
已知施主浓度为10153-cm ，um L p 1=，610p s τ-=，以及R R 068.0*=。
4-8． 在一金属-半导体势垒中，外电场ε=104V/cm ，介电常数为（1）4,(2)12,
k k ==计算φ?和m x 。
4-9．（1）推导出在肖特基二极管中dT dV
作为电流密度的函数表达式。假设少数
载流子可以忽略。
（2）倘若在300K 时，一般地V=0.25V 以及V b 7.0=φ，估计温度系数。
4-10．肖特基检波器具有10 pF 的电容，10Ω的串联电阻以及100Ω的二极管电阻，计
算它的截止频率。
参考文献
1. A.．G ．Milnes and D ．L ．Feucht, “Heterojunction and Metal-Semiconductor Junctions,”
Academic, New York, 1972．
2. C ．A ．Mead, Metal-Semiconductor Surface Barriers, Solid-State Electron.,
9:1023(1996)．
3. E ．H ．Rhoderick, Comments on the Conduction Mechanism Schottky Diodes, J ．Phys ．D:
Appl ．Phys., 5:1920－1929(1972)．
4. A ．Y ．C ．Yu, The Metal-Semiconductor Contact: An Old Device with a New Future,
IEEE Spectrum, 7:83－90(March 1970)．
5. Crowley, A ．M., and S ．M ．Sze ．“Surface States and Barrier Height of
Metal-Semiconductor Systms ．” Journal of Applied Physics 36 (1965), P ．3212．
6. Pierret ，R ．F ．Semiconductor Device Fundamentals ．Reading ，MA: Addison-Wesley ，
1996．
7. Rideout, V ．L ．“A Review of the Theory, Technology and Applications of
Metal-Semiconductor Rectifiers ．” Thin Solid Films 48, no ．3(February 1, 1978), pp ．261-291．
8. Singh, J ．Semiconductor Devices: Basic Principles ．New York: John Wiley and Sons,
2001．
9. Streetman, B ．G ．，and S ．Banerjee ．Solid State Electronic Devices ．5th ed ．Upper Saddle
River, NJ: Prentice-Hall, 2000．
10. Sze, S ．M ．Physics of Semiconductor Devices ．2nd ed ．New York: Wiley, 1981．
11. Wang, S ．Fundamentals of Semiconductor Theory and Device Physics ．Englewood Cliffs,
NJ: Prentice Hall, 1989．
12. Wolfe, C ．M., N ．Holonyak, Jr., and G ．E ．Stillman ．Physical Properties of
Semiconductors ．Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1989．
13. Yang, E ．S ．Microelectronic Devices ．New York: McGraw-Hill, 1988．
14.王家华等，半导体器件物理
第五章习题
5-1 硅N 沟道JFET 具有图5-1a 的结构以及以下参数：31810-=cm N a ，
N 1510=d cm 3-,a=2μm ，20L m μ=和cm Z 2.0=.计算：
（1）自建电势0ψ；
（2）夹断电压 和0p V p V ；
（3）电 导G 0；
（4）在栅极和漏极为零偏压时实际的沟道电导。
5-2． 试推导N 沟道JEFT 的电流与电压关系。它的截止面为2a ×2a ，为+
P 区所包围，
器件长度为L 。
5-3． 推导结型场效应四级管的电流-电压关系，在该四级管中，两个栅极是分开的。
两个栅上的外加电压为1G V 和2G V 。假设为单边突变结。
5-4． 计算并画出在25、150和-50℃时习题5-1中JFET 的转移特性。采用第一章给出
的电子迁移率数据。栅电压的增量采用0.5V (计算机计算题)。
5-5．（1）计算并绘出在25℃时习题5-1中JFET 的小信号饱和跨导；
（2）若s r =50Ω时，重复（1）(计算机计算题)。
5.6下图为结型场效应晶体管的低频小信号等效电路图，其中R S 为源极电阻。证明：由
于R S 的存在，晶体管的跨导变成
s m m gs DS '
m R g 1g v I g +=≡
，式中gs DS m v I g =为忽略R S 时的跨导。
5-7． (1) 估算习题5-1中JFET 的截止频率。
(2) 若2L m μ=，重复（1）；
(3) 若采用N 型GaAs ，重复（1）。
5-8． 计算在V V V P D 5+=和V V G 1-=时，习题5-1中JFET 的漏极电阻ds r 。 5-9 一个N 沟增强型GaAs MESFET 在T=300K 时，假设0.89b V φ=。N 沟道掺杂浓度153210 0.25d TH N cm V V -=?=，。计算沟道厚度a 。
5-10． 一N 沟GaAs MESFET,其173
0.9,10,0.2,1,b d V N cm a m L m ?μμ-==== 10Z m μ=，（1）这是增强型器件还是耗尽型器件？（2）计算阈值电压或夹断电压。（3）求0G V =时的饱和电流。（4）计算截止频率。
参考文献
1. W ．Shockley, A Unipolar Field-Effect Transistor, Proc ．IRE, 40:1365(1952)．
2. 赵毅强等译，半导体器件物理（美Donald,A.Neamen 著）电子工业出版社，2005.2
3. C ．A ．Liechti, Recent Advances in High-Frequency Field-Effect Transistor,
S
D I DS 's g m v g 's g v L
Int．Electron．Device Meet．Washington, 1975．Tech．Dig., P．5．
4.E．S．Yang, Current Saturation Mechanisms in Junction Field-Effect Transistors,
Adv．Electron．Phys．31:247(1972)．
5.Cobbold, R．S．C.:“Theory and Application of the Field-Effect Transistors,”Wiley, New
York, 1970．
6.Sevin, L．J．Jr.:“Field Effect Transistors,”McGraw-Hill, New York, 1965．
7.Chang, C．S., and D．Y．S．Day．“Analytic Theory for Current-Voltage Characteristics
and Field Distribution of GaAs MESFETs．”IEEE Transactions on Electron Devices 36, no．2(February 1989), pp．269-80．
8.Daring, R．B．“Subthreshold Conduction in Uniformly Doped Epitaxial GaAs
MESFETs．”IEEE Transactions on Electron Devices 36, no．7(July 1989), pp．1264－73．
9.Drummond, T．J.,W．T．Masselink, and H．Morkoc．“Modulation-Doped
GaAs/(Al,Ga)As Heterojunction Field-Effect Transistors:MODFETs．”Proceedings of the IEEE 74, no．6(June 1986), pp．773-812．
10.Fritzsche, D．“Heterostructures in MODFETs．”Solid-State Electronics 30,
no．11(November 1987), pp．1183-95．
11.Kano, K．Semiconductor Devices．Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1998．
12.Liao, S．Y．Microwave Solid-State Devices．Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1985．
13.Ng, K．K．Complete Guide to Semiconductor Devices. New York: McGraw-Hill, 1995.
14.Pierret，R．F．Field Effect Devices．V ol. 4 of the Modular Series on Solid State
Devices．2nd ed．Reading, MA: Addison-Wesley, 1990．
15.Pierret，R．F．Semiconductor Device Fundamentals．Reading，MA: Addison-Wesley，
1996．
16.Roulston, D．J．An Introduction to the Physics of Semiconductor Devices．New York:
Oxford University Press, 1999．
17.Shur, M．GaAs Devices and Circuits．New York: Plenum Press, 1987．
18.Singh, J．Semiconductor Devices: An Introduction．New York: McGraw-Hill, 1994．
19.Singh, J．Semiconductor Devices: Basic Principles．New York: John Wiley and Sons,
2001．
20.Streetman, B．G．，and S．Banerjee．Solid State Electronic Devices．5th ed．Upper Saddle
River, NJ: Prentice-Hall, 2000．
21.Sze, S．M．High-Speed Semiconductor Devices．New York: Wiley, 1990．
22.Sze, S．M．Physics of Semiconductor Devices．2nd ed．New York: Wiley, 1981．
23.Sze, S. Semiconductor Devices: Physics and Technology. New York: Wiley, 1985.
24.Turner, J．A., R．S．Butlin, D．Parker, R．Bennet, A．Peake, and A．Hughes．“The
Noise and Gain Performance of Submicron Gate Length GaAs FETs．”GaAs FET Principles and Technology．Edited by J．V．Di-Lorenzo and D．D．Khandelwal．Dedham, MA: Artech House, 1982．
25.Yang, E．S．Microelectronic Devices．New York: McGraw-Hill, 1988．
第六章习题
6-1．忽略表面态和功函数差的影响，绘出在偏压条件下N 型衬底MOS 结构中对应载子
积累,耗尽和强反型三种情况下的能带图和电荷分布示意图.。
6-2．推导出体电荷、表面电势以及表面电场的表达式，说明在强反型时他们如何依赖
于衬底的掺杂浓度a N 。在1410至1810 3
-cm 范围内画出体电荷，表面电势及电场与a N 的关系（计算机计算题）。
6-3．在受主浓度为31610-cm 的P 型硅衬底上的理想MOS 电容具有0.1μm 厚度的氧化层，04k = 。
计算下列条件下的电容值：（1）V V G 2+=和Hz f 1=；（2） V V G 20=和Hz f 1=；（3）V V G 20+=和MHz f 1=。
6-4．采用叠加法证明当氧化层中电荷分布为)(x ρ时，相应的平带电压变化可用下式表
示： 0000
()x FB q
x x V dx C x ρ?=-? 6-5．一MOS 器件的0100x =nm ，eV q m 0.4=φ，eV q s 5.4=φ，二氧化硅相对介电常数04k =，并且有q 21610-cm 的均匀正氧化层电荷，计算出它的平带电压。 6-6．在MOS 结构的氧化层中存在着q 2
12105.1-?cm 的正电荷，氧化层的厚度为150nm 。计算出这种电荷在下列几种情况下引起的平带电压。
(1)正电荷在氧化层中均匀分布；
(2) 全部电荷都位于硅-氧化硅的界面上；
(3) 电荷成三角分布，峰值在0=x 处，在0x x =处为零。
6-7．在31510-=cm N a 的P 型Si<111>衬底上制成一铝栅MOS 晶体管。栅氧化层厚度
为120nm ，表面电荷密度为112310cm -?。计算阈值电压。
6-8． 一MOS 结构由315105-?=cm N a 的N 型衬底，100nm 的氧化层以及铝接触构成，
测得阈值电压为2.5V ，计算表面电荷密度。
6-9． 一P 沟道铝栅极MOS 晶体管具有下列参数：0100x nm = ，315102-?=cm N d ，
112010Q q cm -=，10L m μ=，50Z m μ=，S V cm p ?=/2302μ ，计算在GS V 等于－4V 和－8V 时的DS I ，并绘出电流-电压特性（计算机解）。
6-10．一N 沟道MOS 晶体管具有下列参数：04k =，0100x nm =，10=L Z ，s V cm n ?=/10002μ，V V TH 5.0=，计算在V V G 4=时的饱和电流。
6-11．在习题6-10的MOS 晶体管中，令V V V TH G 1=-。
（1） 计算氧化层电容和截止频率；
（2） 若m Z μ10=，及50L m μ=，计算氧化层电容和截止频率。
6-12． (1) 若N 沟道MOS 增强型FET 的源和衬底接地，栅和漏极短路，推导出描述源
-漏两极I-V 特性的公式（假设TH V 为常数）；
(2) 用习题6-10的数据画出I-V 曲线；
(3) 计算 V V V TH G 1=-时的on R ；
(4) 若L/Z =1.0，重复（3）。
6-13． 一P 沟道MOS 晶体管N d =15310cm -，栅氧化层厚度为100nm ，若.
60ms V φ=-，
以及1520510,Q cm -=?计算阈值电压。
6-14．考虑一个长沟道MOSFET ，其中1533.21,510a L m Z m N cm μμ-===? 720 1.510/C F cm -=?， 1.5m V V =。求4G V V =时的Dsat V 。若用常数比例因子 将沟道收缩到1m μ，求按比例缩小后的下列参数：0,,Dsat Z C I 和0f 。
6-15． 设计一个栅长为0.75m μ的亚微米MOSFET(栅的长度是沟道长度加上2倍结深)，
若结深为0.2m μ，栅氧化层厚度为20nm 。最大漏电压限制为2.5V ，求沟道掺杂浓度为多少时才能使这个MOSFET 具有长沟道特性。
6-16． 对于图6－30中的亚微米MOSFET
（1）求2G V V =，2 2.5D V V V <<情况下的沟道电导；
（2）0.75,2 2.5D G V V V V V =<<情况下的跨导；
（3）解释为什么电流不随（V 2)TH G V -变化；
（4）根据跨导估算饱和速度。
参考文献
1. Dimitrijev, S ．Understanding Semiconductor Devices ．New York: Oxford University
Press, 2000．
2. Kano, K ．Semiconductor Devices ．Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1998．
3. Muller, R ．S., and T ．I ．Kamins ．Device Electronics for Integrated Circuits ．2nd ed ．New
York: Wiley, 1986．
4. Ng, K ．K ．Complete Guide to Semiconductor Devices. New York: McGraw-Hill, 199
5.
5. Nicollian, E ．H., and J ．R ．Brews ．MOS Physics and Technology ．New York: Wiley,
1982．
6. Ong, D ．G ．Modern MOS Technology: Processes, Devices, and Design ．New York:
McGraw-Hill, 1984．
7. Pierret ，R ．F ．Semiconductor Device Fundamentals ．Reading ，MA: Addison-Wesley ，
1996．
8. Roulston, D ．J ．An Introduction to the Physics of Semiconductor Devices ．New York:
Oxford University Press, 1999．
9. Schroder, D ．J ．Advanced MOS Devices ．Modular Series on Solid State
Devices ．Reading, MA: Addison-Wesley, 1987．
10. Shur, M ．Introduction to Electronic Devices ．New York: John Wiley and Sons, 1996．
11. Shur, M ．Physics of Semiconductor Devices ．Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1990．
12. Singh, J ．Semiconductor Devices: An Introduction ．New York: McGraw-Hill, 1994．
13. Singh, J ．Semiconductor Devices: Basic Principles ．New York: John Wiley and Sons,
2001．
14. Streetman, B ．G ．，and S ．Banerjee ．Solid State Electronic Devices ．5th ed ．Upper Saddle
River, NJ: Prentice-Hall, 2000．
15. Sze, S ．M ．High-Speed Semiconductor Devices ．New York: Wiley, 1990．
16. Sze, S ．M ．Physics of Semiconductor Devices ．2nd ed ．New York: Wiley, 1981．
17. Taur, Y ., and T ．H ．Ning ．Fundamentals of Modern VLSI Devices ．New York: Cambridge
University Press, 1998．
18. Tsividis, Y ．Operation and Modeling of the MOS Transistor ．2nd ed ．Burr Ridge, IL.:
McGraw-Hill, 1999．
19. Werner, W ．M ．“The Work Function Difference of the MOS System with Aluminium
Field Plates and Polycrystalline Silicon Field Plates ．” Solid State Electronics 17(1974), pp ．769－75．
20. Yamaguchi, T., S ．Morimoto, G ．H ．Kawamoto, and J ．C ．Delacy ．“Process and Device
Performance of 1 m μ-Channel n-Well CMOS Technology ．” IEEE Transactions on Electron Devices ED-31 (February 1984), pp ．205－14． 21.
Yang, E ．S ．Microelectronic Devices ．New York: McGraw-Hill, 1988． 22.
Akers, L ．A., and J ．J ．Sanchez ．“Threshold V oltage Models of Short, Narrow, and Small Geometry MOSFETs: A Review ．” Solid State Electronics 25(July 1982), PP ．621－41． 23.
Baliga, B ．J ．Power Semiconductor Devices ．Boston: PWS Publishing Co., 1996． 24. Brews, J ．R ．“Threshold Shifts Due to Nonuniform Doping Profiles in Surface Channel
MOSFETs ．” IEEE Transactions on Electron Devices ED-26 (November 1979), pp ．1696-1710．
25. Dimitrijev, S ．Understanding Semiconductor Devices ．New York: Oxford University Press, 2000．
26. Ning, T ．H., P ．W ．Cook, R ．H ．Dennard, C ．M ．Osburn, S ．E ．Schuster, and H ．N ．Yu ．“1m μ MOSFET VLSI Technology: Part IV －Hot Electron Design Constraints ．” IEEE Transactions on Electron Devices ED-26 (April 1979), pp ．346－53．
27. Ogura, S., P ．J ．Tsang, W ．W ．Walker, D ．L ．Critchlow, and J ．F ．Shepard ．“Design
and Characteristics of the Lightly Doped Drain-Source(LDD) Insulated Gate Field-Effect Transistor ．” IEEE Transactions on Electron Devices ED-27 (August 1980), pp ．1359－67．
第七章习题
7-1． (1)计算在Ge 、Si 和GaAs 中产生电子空穴对的光源的最大波长λ；
(2) 计算波长为5500nm 和6800nm 的光子能量。
7-2． 导出例7-1中的空穴分布公式（7-5-5）。
7-3．一厚为0.46 m μ的GaAs 样品用eV h 2=ν的单色光源照射。吸收系数为
14105--?=cm α，样品的入射功率为10mW 。
(1) 以每秒焦耳为单位计算为样品所吸收的总能量；
(2) 以每秒焦耳为单位求电子在复合前传给晶格过剩热能的速率；
(3) 计算每秒钟由于复合发射的光子数。
7-4． 假设P N +
二极管受到一个光源的均匀照射，所引起的电子-空穴产生速率为L G ，
解二极管的扩散方程证明
p p l L x p p l V V n n D L G e D L G e P P p T 2/2/0))1((+--=?-
7-5． 利用习题7-4的结果推导 ()L L n p I qG L L A =+
7-6． (1) 推导公式 7-4-3；
(2) 假设暗电流为1.5mA ，光产生的短路电流为100mA,画出I-V 曲线，并用图解法求出最大输出功率的负载电阻并估算占空因数（计算机计算题）。
7-7． (1)证明对于N P +
电池，公式（7-3-1）中的电流0I 可用下式表示：00cosh sinh cosh sinh p
p
n p n n n n p p n n n n n W W D S qAn D L L L I W W D L S L L L ?+
=?+?，式中S 是在欧姆接触处的表面复合速度，W p 为P 区宽度，其他符号表示少数载流子的参数；
(2) 证明： 000tanh )coth S )p n p n n n n p n p n n
n n qAn D W D S L L L I qAn D W D L L L ???=???? ，当（时，当（时
7-8． 假设2/40cm mA J L =，画出N P +
GaAs 电池的开路电压与受主浓度的关系。其中A I J 00=由习题7-7（2） 中S< μ==（计算机计算题）。 7-9． 在λ的一个小的带宽范围内平均每秒每平方厘米进入硅内的光子数为()Q λ (1)推导出波长λ处的光产生电流损耗()L J λ?作为背面接触反射系数R ，电池的总厚度W 以及吸收系数α的函数； (2)估算在900nm λ=处光产生电流的损耗。假设在50nm ±的带宽内()Q λ等 半导体器件试题库 常用单位： 在室温（T = 300K ）时，硅本征载流子的浓度为 n i = 1.5×1010/cm 3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn =1350 2cm /V s ? μp =500 2 cm /V s ? ε0=8.854×10-12 F/m 一、半导体物理基础部分 （一）名词解释题 杂质补偿：半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时，施主和受主在导电性能上有互相抵消 的作用，通常称为杂质的补偿作用。 非平衡载流子：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度， 额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。 迁移率：载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志，即单位电场下的漂移速度。 晶向： 晶面： （二）填空题 1．根据半导体材料内部原子排列的有序程度，可将固体材料分为 、多晶和 三种。 2．根据杂质原子在半导体晶格中所处位置，可分为 杂质和 杂质两种。 3．点缺陷主要分为 、 和反肖特基缺陷。 4．线缺陷，也称位错，包括 、 两种。 5．根据能带理论，当半导体获得电子时，能带向 弯曲，获得空穴时，能带 向 弯曲。 6．能向半导体基体提供电子的杂质称为 杂质；能向半导体基体提供空穴的杂 质称为 杂质。 7．对于N 型半导体，根据导带低E C 和E F 的相对位置，半导体可分为 、弱简 并和 三种。 8．载流子产生定向运动形成电流的两大动力是 、 。 9．在Si-SiO 2系统中，存在 、固定电荷、 和辐射电离缺陷4种基 本形式的电荷或能态。 10．对于N 型半导体，当掺杂浓度提高时，费米能级分别向 移动；对于P 型半 导体，当温度升高时，费米能级向 移动。 （三）简答题 1．什么是有效质量，引入有效质量的意义何在？有效质量与惯性质量的区别是什么？ 2．说明元素半导体Si 、Ge 中主要掺杂杂质及其作用？ 3．说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围？ 4．什么是杂质的补偿，补偿的意义是什么？ （四）问答题 1．说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同？ 要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么？ （五）计算题 1．金刚石结构晶胞的晶格常数为a ，计算晶面（100）、（110）的面间距和原子面密度。 2．掺有单一施主杂质的N 型半导体Si ，已知室温下其施主能级D E 与费米能级F E 之差为 1.5B k T ，而测出该样品的电子浓度为 2.0×1016cm -3，由此计算： （a ）该样品的离化杂质浓度是多少？ （b ）该样品的少子浓度是多少？ （c ）未离化杂质浓度是多少？ （d ）施主杂质浓度是多少？ 3．室温下的Si ，实验测得430 4.510 cm n -=?，153510 cm D N -=?， （a ）该半导体是N 型还是P 型的？ （b ）分别求出其多子浓度和少子浓度。 （c ）样品的电导率是多少？ （d ）计算该样品以本征费米能级i E 为参考的费米能级位置。 4．室温下硅的有效态密度1932.810 cm c N -=?，1931.110 cm v N -=?，0.026 eV B k T =，禁带 宽度 1.12 eV g E =，如果忽略禁带宽度随温度的变化 半导体器件物理课后作业 第二章 对发光二极管（LED）、光电二极管（PD）、隧道二极管、齐纳二极管、变容管、快恢复二极管和电荷存储二极管这7个二端器件，请选择其中的4个器件，简述它们的工作原理和应用场合。 解： 发光二极管 它是半导体二极管的一种，是一种固态的半导体器件，可以把电能转化成光能；常简写为LED。 工作原理：发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少是不同的，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短；反之，则发出的光的波长越长。 应用场合：常用的是发红光、绿光或黄光的二极管，它们主要用于各种LED显示屏、彩灯、工作（交通）指示灯以及居家LED节能灯。 光电二极管 光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性，但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。 工作原理：普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光，而电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子—空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流迅速增大到几十微安，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 光电二极管有多种类型，用途也不尽相同，主要有以下几种： PN型特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。 用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。 PIN型特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应 用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真 发射键型特性：使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体 用途：主要用于紫外线等短波光的检测 雪崩型特性：响应速度非常快，因具有倍速做用，故可检测微弱光 用途：高速光通信、高速光检测 隧道二极管 隧道二极管（Tunnel Diode）又称为江崎二极管，它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。隧道二极管是采用砷化镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等材料混合制成的半 第二章 1 一个硅p －n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结，a=1019cm -4，n 型一侧为均匀掺杂，杂质浓度为3×1014cm －3，在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8μm，求零偏压下的总耗尽层宽度、内建电势和最大电场强度。 解：)0(,22≤≤-=x x qax dx d p S εψ )0(,2 2n S D x x qN dx d ≤≤-=εψ 0),(2)(22 ≤≤--=- =E x x x x qa dx d x p p S εψ n n S D x x x x qN dx d x ≤≤-=- =E 0),()(εψ x ＝0处E 连续得x n ＝1.07μm x 总=x n +x p =1.87μm ?? =--=-n p x x bi V dx x E dx x E V 0 516.0)()( m V x qa E p S /1082.4)(25 2max ?-=-= ε,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。 2 一个理想的p-n 结，N D ＝1018cm －3，N A ＝1016cm －3，τp＝τn＝10－6s ，器件的面积为1.2×10－5cm －2，计算300K 下饱和电流的理论值，±0.7V 时的正向和反向电流。 解：D p ＝9cm 2/s ，D n ＝6cm 2/s cm D L p p p 3103-?==τ，cm D L n n n 31045.2-?==τ n p n p n p S L n qD L p qD J 0 + = I S =A*J S =1.0*10-16A 。 ＋0.7V 时，I ＝49.3μA ， －0.7V 时，I ＝1.0*10-16A 3 对于理想的硅p +-n 突变结，N D ＝1016cm －3，在1V 正向偏压下，求n 型中性区内存贮的少数载流子总量。设n 型中性区的长度为1μm，空穴扩散长度为5μm。 解：P ＋ >>n ，正向注入：0)(2 202=---p n n n n L p p dx p p d ，得： ) sinh() sinh() 1(/00p n n p n kT qV n n n L x W L x W e p p p ---=- ??=-=n n W x n n A dx p p qA Q 20010289.5)( 4一个硅p +-n 单边突变结，N D ＝1015cm －3，求击穿时的耗尽层宽度，若n 区减小到5μm，计算此时击穿电压。 解：m V N E B g c /1025.3)1 .1E )q ( 101.148 14 32 1S 7 ?=?=（ ε V qN E V B C S B 35022 == ε m qN V x B B S mB με5.212== n 区减少到5μm 时，V V x W x V B mB mB B 9.143])(1[2 2 /=--＝ 第三章 1 一个p +-n-p 晶体管，其发射区、基区、集电区的杂质浓度分别是5×1018，1016，1015cm －3，基区宽度W B 为1.0μm，器件截面积为3mm 2。当发射区－基区结上的正向偏压为0.5V ，集电区－基区结上反向偏压为5V 时，计算 1.P-N结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的原理 2.简述晶体管开关的原理 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 4.简述弗仑克耳缺陷和肖特基缺陷的特点、共同点和关系 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 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 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 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 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 10.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 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 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 用下的曲线特征及原因 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 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 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 16.晶体管具备放大能力须具备哪些条件 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 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 19.结合能带图简述绝缘体、半导体及导体的导电能力 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 21.请画图并叙述晶体管电流放大系数与频率间的关系 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 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 24.画出CMOS倒相器的工作图并叙述其工作原理 25.提高双极型晶体管功率增益的途径有哪些 26.请描述双极型晶体管大电流特性下的三个效应 27.画出共基极组态下的晶体管输入及输出特性曲线 《半导体器件物理》试卷（二）标准答案及评分细则 一、填空（共24分，每空2分） 1、PN结电击穿的产生机构两种； 答案：雪崩击穿、隧道击穿或齐纳击穿。 2、双极型晶体管中重掺杂发射区目的； 答案：发射区重掺杂会导致禁带变窄及俄歇复合，这将影响电流传输，目的为提高发射效率，以获取高的电流增益。 3、晶体管特征频率定义； β时答案：随着工作频率f的上升，晶体管共射极电流放大系数β下降为1 =所对应的频率 f，称作特征频率。 T 4、P沟道耗尽型MOSFET阈值电压符号； 答案：0 V。 > T 5、MOS管饱和区漏极电流不饱和原因； 答案：沟道长度调制效应和漏沟静电反馈效应。 6、BV CEO含义； 答案：基极开路时发射极与集电极之间的击穿电压。 7、MOSFET短沟道效应种类； 答案：短窄沟道效应、迁移率调制效应、漏场感应势垒下降效应。 8、扩散电容与过渡区电容区别。 答案：扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 二、简述（共20分，每小题5分） 1、内建电场； 答案：P型材料和N型材料接触后形成PN结，由于存在浓度差，N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，而在N区的施主正离子中心固定不动，出现净的正电荷，同样P区的受主负离子中心也固定不动，出现净的负电荷，于是就会产生空间电荷区。在空间电荷区内，电子和空穴又会发生漂移运动，它的方向正好与各自扩散运动的方向相反，在无外界干扰的情况下，最后将达到动态平衡，至此形成内建电场，方向由N区指向P区。 2、发射极电流集边效应； 答案：在大电流下，基极的串联电阻上产生一个大的压降，使得发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，出现了发射极电流在靠近基区的边缘逐渐增大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区 一、 选择题：（含多项选择， 共30分，每空1分，错选、漏选、多选均不得分） 1．半导体硅材料的晶格结构是（ A ） A 金刚石 B 闪锌矿 C 纤锌矿 2．下列固体中，禁带宽度Eg 最大的是（ C ） Ａ 金属 Ｂ 半导体 Ｃ 绝缘体 3．硅单晶中的层错属于（ C ） Ａ 点缺陷 Ｂ 线缺陷 Ｃ 面缺陷 4．施主杂质电离后向半导体提供（ B ），受主杂质电离后向半导体提供（ A ），本征激发后向半导体提供（ A B ）。 A 空穴 B 电子 5．砷化镓中的非平衡载流子复合主要依靠（ A ） A 直接复合 B 间接复合 C 俄歇复合 6．衡量电子填充能级水平的是（ B ） Ａ 施主能级 Ｂ 费米能级 Ｃ 受主能级 D 缺陷能级 7．载流子的迁移率是描述载流子( A )的一个物理量；载流子的扩散系数是描述载流子( B )的一个物理量。 A 在电场作用下的运动快慢 B 在浓度梯度作用下的运动快慢 8．室温下，半导体Si 中掺硼的浓度为1014cm －3，同时掺有浓度为1.1×1015cm － 3的磷，则电子浓度约为（ B ），空穴浓度为（ D ），费米能级（ G ）；将该半导体升温至570K ，则多子浓度 约为（ F ），少子浓度为（ F ），费米能级（ I ）。（已知：室温下，ni ≈1.5×1010cm － 3，570K 时，ni ≈2×1017cm － 3） A 1014cm －3 B 1015cm －3 C 1.1×1015cm － 3 D 2.25×105cm －3 E 1.2×1015cm －3 F 2×1017cm － 3 G 高于Ei H 低于Ei I 等于Ei 9．载流子的扩散运动产生（ C ）电流，漂移运动产生（ A ）电流。 A 漂移 B 隧道 C 扩散 10．下列器件属于多子器件的是（ B D ） Ａ 稳压二极管 Ｂ 肖特基二极管 Ｃ 发光二极管 D 隧道二极管 11．平衡状态下半导体中载流子浓度n 0p 0=n i 2，载流子的产生率等于复合率，而当np 半导体器件物理复习题 一． 平衡半导体： 概念题： 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. 受主（杂质）原子： 形成P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素）。 4. 施主（杂质）原子： 形成N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素）。 5. 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。 6. 兼并半导体： 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（0F v E E -<）。 7. 有效状态密度： 在导带能量范围（ ~c E ∞ ）内，对导带量子态密度函数 导带中电子的有效状态密度。 在价带能量范围（ ~v E -∞） 内，对价带量子态密度函数 8. 以导带底能量c E 为参考，导带中的平衡电子浓度： 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。 9. 以价带顶能量v E 为参考，价带中的平衡空穴浓度： 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。 10. 11. 12. 13. 14. 本征费米能级Fi E ： 是本征半导体的费米能级；本征半导体费米能级的位置位于禁带 带宽度g c v E E E =-。？ 15. 本征载流子浓度i n ： 本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度 00i n p n ==。硅半导体，在300T K =时，1031.510i n cm -=?。 16. 杂质完全电离状态： 当温度高于某个温度时，掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质；掺杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质，称谓杂质完全电离状态。 17. 束缚态： 在绝对零度时，半导体内的施主杂质与受主杂质成电中性状态称谓束缚态。束缚态时，半导体内的电子、空穴浓度非常小。 18. 本征半导体的能带特征： 本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，且跟温度有关。如果电子和空穴的有效质量严格相等，那么本征半导体费米能级 Chapter 4 4.1 ??? ? ? ?-=kT E N N n g c i exp 2υ ??? ? ??-??? ??=kT E T N N g O cO exp 3003 υ where cO N and O N υ are the values at 300 K. (b) Germanium _______________________________________ 4.2 Plot _______________________________________ 4.3 (a) ??? ? ??-=kT E N N n g c i exp 2υ ( )( )( ) 3 19 19 2 113001004.1108.2105?? ? ????=?T ()()?? ????-?3000259.012.1exp T () 3 382330010912.2105.2?? ? ???=?T ()()()()?? ????-?T 0259.030012.1exp By trial and error, 5.367?T K (b) () 252 12 2105.2105?=?=i n ( ) ()()()()?? ????-??? ???=T T 0259.030012.1exp 30010912.23 38 By trial and error, 5.417?T K _______________________________________ 4.4 At 200=T K, ()?? ? ??=3002000259.0kT 017267.0=eV At 400=T K, ()?? ? ??=3004000259.0kT 034533.0=eV ()()()() 172 22102 210025.31040.11070.7200400?=??= i i n n ? ? ????-??????-???? ??? ?? ??=017267.0exp 034533.0exp 3002003004003 3 g g E E ?? ? ???-=034533.0017267.0exp 8g g E E ()[] 9578.289139.57exp 810025.317-=?g E or ()1714.38810025.3ln 9561.2817=??? ? ???=g E or 318.1=g E eV Now ( ) 3 2 1030040010 70.7?? ? ??=?o co N N υ 赣 南 师 范 学 院 2010–2011学年第一学期期末考试试卷（A 卷） 开课学院：物电学院 课程名称：半导体物理学 考试形式：闭卷，所需时间：120分钟 注意事项：1、教师出题时请勿超出边界虚线； 2、学生答题前将密封线外的内容填写清楚，答题不得超出密封线； 3、答题请用蓝、黑钢笔或圆珠笔。 一、填空题（共30分，每空1分） 1、半导体中有 电子 和 空穴 两种载流子，而金属中只有 电子 一种载流子。 2、杂质原子进入材料体内有很多情况，常见的有两种，它们是 替代式 杂质和间隙式 杂质。 1、 3、根据量子统计理论，服从泡利不相容原理的电子遵从费米统计率，对于能量为E 的一个量子态，被一个电子占据的概率为()f E ，表达式为 ， ()f E 称为电子的费米分布函数，它是描写 在热平衡状态下，电子在允许 的量子态上如何分布 的一个统计分布函数。当0F E E k T ->>时，费米分布函数转化为 ()B f E ，表达式为 ，()B f E 称为电子的玻尔兹曼分布函数。在 0F E E k T ->>时，量子态被电子占据的概率很小，这正是玻尔兹曼分布函数适用的范 围。费米统计率与玻尔兹曼统计率的主要差别在于 前者受泡利不相容原理的限制 ，而在0F E E k T ->>的条件下，该原理失去作用，因而两种统计的 结果变成一样了。 4、在一定温度下，当没有光照时，一块n 型半导体中， 电子 为多数载流子， 空穴 是少数载流子，电子和空穴的浓度分别为0n 和0p ，则0n 和0p 的关系为 大于 ，当用g h E ν>>（该半导体禁带宽度）的光照射该半导体时，光子就能把价带电子激发到导带上去，此时会产生 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 ，n 和p 的关系为 ， 这时把非平衡电子称为非平衡 多数 载流子，而把非平衡空穴称为非平衡 少数 载流子。在一般小注入情况下，在半导体材料中，非平衡 多数 载流子带来的影响可忽略，原因是 注入的非平衡多数载流子浓度比平衡时的多数 载流子浓度小得多 ，而非平衡 少数 载流子却往往起着重要作用，原因是 2、 注入的非平衡少数载流子浓度比平衡时的少数载流子浓度大得多 。 5、非平衡载流子的复合，就复合的微观机构讲，大致可分为两种，直接复合和间接复合， 直接复合是指 电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合 ，间接复合是指 电子和空穴通过禁带的能级（复合中心）进行复合 。载流子在复合时，一定要释放出多余的能量，放出能量的方法有三种，分别为 、 、 3、 发射光子 发射声子 将能量给予其它载流子，增加它们的动能 。 6、在外加电场和光照作用下，使均匀掺杂的半导体中存在平衡载流子和非平衡载流子，由于 半导体表面非平衡载流子浓度比内部高 ，从而非平衡载流子在半导体中作 运动，从而形成 电流，另外，由于外加电场的作用，半导体中的所有载流子会作 运动，从而形成 电流。 二、选择题（共10分，每题2分） 1、本征半导体是指 的半导体。 A 、不含杂质和缺陷 B 、电子密度与空穴密度相等 C 、电阻率最高 D 、电子密度与本征载流子密度相等 2、在Si 材料中掺入P ，则引入的杂质能级 A 、在禁带中线处 B 、靠近导带底 C 、靠近价带顶 D 、以上都不是 3、以下说法不正确的是 A 、价带电子激发成为导带电子的过程，称为本征激发。 B 、本征激发后，形成了导带电子和价带空穴，在外电场作用下，它们都将参与导电。 C 、电子可以从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态，并向晶格释放能量。 D 、处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热载流子。 4、以下说法不正确的是 半导体期末复习补充材料 一、名词解释 １、准费米能级 费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，而当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，可以认为分就导带和价带中的电子来讲，它们各自处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的能级，称为“准费米能级”，分别用E F n、E F p表示。 ２、直接复合、间接复合 直接复合—电子在导带和价带之间直接跃迁而引起电子和空穴的直接复合。 间接复合—电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合。 ３、扩散电容 PN结正向偏压时，有空穴从P区注入N区。当正向偏压增加时，由P区注入到N区的空穴增加，注入的空穴一部分扩散走了，一部分则增加了N区的空穴积累，增加了载流子的浓度梯度。在外加电压变化时，N扩散区内积累的非平衡空穴也增加，与它保持电中性的电子也相应增加。这种由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应，称为P-N结的扩散电容。用CD表示。 4、雪崩击穿 随着PN外加反向电压不断增大，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流子受电场加速获得很高的动能，与晶格点阵原子发生碰撞使之电离，产生新的电子—空穴对，再被电场加速，再产生更多的电子—空穴对，载流子数目在空间电荷区发生倍增，犹如雪崩一般，反向电流迅速增大，这种现象称之为雪崩击穿。 1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于 扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放 电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对 于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。 3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE 电压控制。 4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是 寄生参数小，响应速度快等。 5、PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发 生雪崩击穿的条件为V B>6E g/q。 6、当MOSFET进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因 有沟道长度调制效应，漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应。 二、简答题 1、发射区重掺杂效应及其原因。 答：发射区掺杂浓度过重时会引起发射区重掺杂效应，即过分加重发射区掺杂不但不能提高注入效率γ，反而会使其下降。 原因：发射区禁带宽度变窄和俄歇复合效应增强 施敏 半导体器件物理英文版 第一章习题 1. （a ）求用完全相同的硬球填满金刚石晶格常规单位元胞的最大体积分数。 （b ）求硅中（111）平面内在300K 温度下的每平方厘米的原子数。 2. 计算四面体的键角，即，四个键的任意一对键对之间的夹角。（提示：绘出四 个等长度的向量作为键。四个向量和必须等于多少？沿这些向量之一的方向 取这些向量的合成。） 3. 对于面心立方，常规的晶胞体积是a 3，求具有三个基矢：（0,0,0→a/2,0,a/2）， (0,0,0→a/2,a/2,0),和(0,0,0→0,a/2,a/2)的fcc 元胞的体积。 4. （a ）推导金刚石晶格的键长d 以晶格常数a 的表达式。 （b ）在硅晶体中，如果与某平面沿三个笛卡尔坐标的截距是10.86A ，16.29A ， 和21.72A ，求该平面的密勒指数。 5. 指出（a ）倒晶格的每一个矢量与正晶格的一组平面正交，以及 （b ）倒晶格的单位晶胞的体积反比于正晶格单位晶胞的体积。 6. 指出具有晶格常数a 的体心立方（bcc ）的倒晶格是具有立方晶格边为4π/a 的面心立方（fcc ）晶格。[提示：用bcc 矢量组的对称性： )(2x z y a a -+=，)(2y x z a b -+=，)(2 z y x a c -+= 这里a 是常规元胞的晶格常数，而x ，y ，z 是fcc 笛卡尔坐标的单位矢量： )(2z y a a +=，)(2x z a b +=，)(2 y x a c +=。] 7. 靠近导带最小值处的能量可表达为 .2*2*2*22 ???? ??++=z z y y x x m k m k m k E 在Si 中沿[100]有6个雪茄形状的极小值。如果能量椭球轴的比例为5:1是常数，求纵向有效质量m*l 与横向有效质量m*t 的比值。 8. 在半导体的导带中，有一个较低的能谷在布里渊区的中心，和6个较高的能 谷在沿[100] 布里渊区的边界，如果对于较低能谷的有效质量是0.1m0而对 于较高能谷的有效质量是1.0m0，求较高能谷对较低能谷态密度的比值。 9. 推导由式（14）给出的导带中的态密度表达式。（提示：驻波波长λ与半导体 半导体器件物理施敏课后答案 【篇一：半导体物理物理教案(03级)】 >学院、部：材料和能源学院 系、所；微电子工程系 授课教师：魏爱香，张海燕 课程名称；半导体物理 课程学时：64 实验学时：8 教材名称：半导体物理学 2005年9-12 月 授课类型：理论课授课时间：2节 授课题目（教学章节或主题）： 第一章半导体的电子状态 1.1半导体中的晶格结构和结合性质 1.2半导体中的电子状态和能带 本授课单元教学目标或要求： 了解半导体材料的三种典型的晶格结构和结合性质；理解半导体中的电子态, 定性分析说明能带形成的物理原因，掌握导体、半导体、绝缘体的能带结构的特点 本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 1．半导体的晶格结构：金刚石型结构；闪锌矿型结构；纤锌矿型 结构 2．原子的能级和晶体的能带 3．半导体中电子的状态和能带（重点，难点） 4．导体、半导体和绝缘体的能带（重点） 研究晶体中电子状态的理论称为能带论，在前一学期的《固体物理》课程中已经比较完整地介绍了，本节把重要的内容和思想做简要的 回顾。 本授课单元教学手段和方法： 采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授 本授课单元思考题、讨论题、作业： 作业题：44页1题 本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出） 1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005? 2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导和典型题解》?电子工 业 出版社2005 3. 施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理和工艺》，苏州大学出 版社，2002 4. 方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社 5．曾谨言，《量子力学》科学出版社 注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3. “重点”、“难点”、“教学手段和方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。 更多精品文档 一、 选择题：（含多项选择， 共30分，每空1分，错选、漏选、多选 均不得分） 1．半导体硅材料的晶格结构是（ A ） A 金刚石 B 闪锌矿 C 纤锌矿 2．下列固体中，禁带宽度Eg 最大的是（ C ） Ａ 金属 Ｂ 半导体 Ｃ 绝缘体 3．硅单晶中的层错属于（ C ） Ａ 点缺陷 Ｂ 线缺陷 Ｃ 面缺陷 4．施主杂质电离后向半导体提供（ B ），受主杂质电离后向半导体提供（ A ），本征激发后向半导体提供（ A B ）。 A 空穴 B 电子 5．砷化镓中的非平衡载流子复合主要依靠（ A ） A 直接复合 B 间接复合 C 俄歇复合 6．衡量电子填充能级水平的是（ B ） Ａ 施主能级 Ｂ 费米能级 Ｃ 受主能级 D 缺陷能级 7．载流子的迁移率是描述载流子( A )的一个物理量；载流子的扩散系数是描述载流子( B ) 的一个物理量。 A 在电场作用下的运动快慢 B 在浓度梯度作用下的运动快慢 8．室温下，半导体Si 中掺硼的浓度为1014cm －3，同时掺有浓度为1.1×1015cm － 3的磷，则电子浓 度约为（ B ），空穴浓度为（ D ），费米能级（ G ）；将该半导体升温至570K ，则多子浓度约为（ F ），少子浓度为（ F ），费米能级（ I ）。（已知：室温下，ni ≈1.5 ×1010cm －3，570K 时，ni ≈2×1017 cm －3） A 1014cm －3 B 1015cm －3 C 1.1×1015cm － 3 D 2.25×105cm －3 E 1.2×1015cm －3 F 2×1017cm － 3 G 高于Ei H 低于Ei I 等于Ei 9．载流子的扩散运动产生（ C ）电流，漂移运动产生（ A ）电流。 A 漂移 B 隧道 C 扩散 10．下列器件属于多子器件的是（ B D ） Ａ 稳压二极管 Ｂ 肖特基二极管 Ｃ 发光二极管 D 隧道二极管 11．平衡状态下半导体中载流子浓度n 0p 0=n i 2，载流子的产生率等于复合率，而当np ●在300K 下，Si 在价带中的有效态密度为2,66X 19 103 cm -,而GaAs 为7X 18 10 3 cm -，求 出空穴的有效质量，并与自由电子质量比较。 ●画出在77K ，300K,及600K 时掺杂 1610个/3cm 的As 原子的Si 简化能带图，标示出费米能 级且使用本征F E 作参考量。 ●求出i S 在300K 时掺入下列掺杂情形下电子空穴浓度及费米能级。 ●对一半导体而言，其具有一固定的迁移率比 b=n u /p u >1,且与杂质浓度无关，求其最大的电 阻率m ρ并以本征电阻率i ρ及迁移率比表示。 ●给定一个未知掺杂的i S 晶样品，霍耳测量提供了以下信息： ω=0.05cm,A=1.6x 3-103cm -,I=2.5mA,磁场为30nT(1T=4-10wb/2 cm ),若测出的霍耳电压为 10mV ,求半导体样品的霍耳系数，导体型态，多子浓度，电阻率及迁移率。 ●线性缓变Si 结，其掺杂梯度为420 cm 10 -，计算内建电势及4V 反向偏压的结电容（T=300K ）。 对一理想突变p-n 结，其 D N =316cm 10-，当外加正偏压1V 时，求出中性区（n 区）没单位 面积储存的少子、中性区的长度为1μm,p L 5μm. ●对一理想突变p-n 结，其 D N =316cm 10-，当外加正偏压1V 时，求出中性区（n 区）没单 位面积储存的少子、中性区的长度为1μm, p L =5μm. ●设计一+ p -n Si 突变结二极管，其反向击穿电压为130V ，正偏电流在V V 7.0h =时为2.2mA,设. 1070p s -=τ 半导体器件物理复习题 一． 平衡半导体： 概念题： 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. 受主（杂质）原子： 形成P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素）。 4. 施主（杂质）原子： 形成N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素）。 5. 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。 6. 兼并半导体： 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（0F v E E -<）。 7. 有效状态密度： 穴的有效状态密度。 8. 以导带底能量c E 为参考，导带中的平衡电子浓度： 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。 9. 以价带顶能量v E 为参考，价带中的平衡空穴浓度： 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。 10. 11. 12. 13. 14. 本征费米能级Fi E ： 是本征半导体的费米能级；本征半导体费米能级的位置位于禁带 中央附近， g c v E E E =-。？ 15. 本征载流子浓度i n ： 本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度00i n p n ==。硅半导体，在 300T K =时，1031.510i n cm -=?。 16. 杂质完全电离状态： 当温度高于某个温度时，掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质；掺杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质，称谓杂质完全电离状态。 17. 束缚态： 在绝对零度时，半导体内的施主杂质与受主杂质成电中性状态称谓束缚态。束缚态时，半导体内的电子、空穴浓度非常小。 18. 本征半导体的能带特征： 题库(一) 半导体物理基础部分 1、计算分析题 已知：在室温（T = 300K ）时，硅本征载流子的浓度为 n i = 1.5×1010/cm 3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn =1350 2cm /V s ? μp =500 2 cm /V s ? 半导体硅材料在室温的条件下，测得 n 0 = 4.5×104/cm 3， N D =5×1015/cm 3 问：⑴ 该半导体是n 型还是p 型？ ⑵ 分别求出多子和少子的浓度 ⑶ 样品的电导率是多少？ ⑷ 分析该半导体的是否在强电离区，为什么0D n N ≠？ 2、说明元素半导体Si 、Ge 中的主要掺杂杂质及其作用？ 3、什么叫金属-半导体的整流接触和欧姆接触，形成欧姆接触的主要方法有那些？ 4、为什么金属与重掺杂半导体接触可以形成欧姆接触？ P-N 部分 5、什么叫pn 结的势垒电容？分析势垒电容的主要的影响因素及各因素导致垒电容大小变化的趋势。 6、什么是pn 结的正向注入和反向抽取？ 7、pn 结在正向和反向偏置的情况下，势垒区和载流子运动是如何变化的？ 8、简述pn 结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的机理． 9、什么叫二极管的反向恢复时间，提高二极管开关速度的主要途径有那些？ 10、如图1所示，请问本PN 结的偏压为正向，还是反向？准费米能级形成的主要原因? PN 结空间电荷区宽度取决的什么因素，对本PN 结那边空间电荷区更宽？ 图1 pn结的少子分布和准费米能级 三极管部分 11、何谓基区宽变效应？ 12、晶体管具有放大能力需具备哪些条件？ 13、怎样提高双极型晶体管的开关速度？ 14、双极型晶体管的二次击穿机理是什么？ 15、如何扩大晶体管的安全工作区范围？ 16、详细分析PN结的自建电场、缓变基区自建电场和大注入自建电场的异同点。 17、晶体管的方向电流I CBO、I CEO是如何定义的？二者之间有什么关系？ 18、高频时，晶体管电流放大系数下降的原因是什么？ 19、如图2所示，请问双极型晶体管的直流特性曲线可分为哪些区域，对应图中的什么位置？ 各自的特点是什么?从图中特性曲线的疏密程度，总结电流放大系数的变化趋势，为什么？半导体器件物理 试题库
半导体器件物理课后习题解答
《半导体器件》习题及参考答案
半导体器件物理试题
【合肥工业大学】【半导体器件物理】试卷含答案剖析
09级半导体器件物理A卷答案
半导体器件物理复习题
半导体物理与器件第四版课后习题答案(供参考)
《半导体物理学》期末考试试卷(A卷)-往届
半导体器件工艺与物理期末必考题材料汇总
施敏 半导体器件物理英文版 第一章习题
半导体器件物理施敏课后答案
最新09级半导体器件物理A卷答案
半导体器件物理习题
完整word版,半导体器件物理复习题完整版
半导体器件物理 试题库