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半导体器件物理

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半导体器件物理_第1页
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第一章PN结PN结是怎么形成的耗尽区:正因为空间电荷区内不存在任何可动的电荷, 所以该区也称为耗尽区空间电荷边缘存在多子浓度梯度,多数载流子便受到 了一个扩散力在热平衡状态下,电场力与扩散力相 互平衡p型半导体和n型半导体接触面形成pn结,p区中有 大量空穴流向n区并留下负离子,n区中有大量电子 流向p区并留下正离子(这部分叫做载流子的扩散), 正负离子形成的电场叫做空间电荷区,正离子阻碍电 子流走,负离子阻碍空穴流走(这部分叫做载流子的 漂移),载流子的扩散与漂移达到动态平衡,所以pn 结不加电压下呈电中性PN结的能带图(平衡和偏压)无外加偏压,处于热平衡状态下,费米能级处处相等 且恒定不变内建电势差计算N区导带电子试图进入p区导带时遇到了一个势垒, 这个势垒称为内建电势差疽% m空间电荷区的宽度计算W =〕气 V ID"L^L ['1/2e〔N N \、ad7-PN结电容的计算C '= & a d 2(V + V )(N + N )bi R a d1/2£#第二章PN结二极管 理想PN结电流模型是什么势垒维持了热平衡反偏:n区相对于p区电势为正,所以n区内的费米 能级低于p区内的费米能级,势垒变得更高,阻止了 电子与空穴的流动,因此pn结上基本没有电流流动。

正偏:p区相对于n区电势为正,所以p区内的费米 能级低于n区内的费米能级,势垒变得更低,电场变 低了,所以电子与空穴不能分别滞留在n区与p区, 所以pn结内就形成了一股由n区到p区的电子和p区到n区的空穴电荷的流动在pn结内形成了一股 电流过剩少子电子:正偏电压降低了势垒,这样就使得n 区内的多子可以穿过耗尽区而注入到p区内,注入的 电子增加了 p区少子电子的浓度少数载流子分布(边界条件和近似分布)理想PN结电流DT p 0D 1 n + 厂Nn 0 dJ = J expJ =牛 + E = en s ~~L~~L p nPN结二极管的等效电路(扩散电阻和扩散电容的概 念) 扩散电阻:在二极管外加直流正偏电压,再在直流上 加一个小的低频正弦电压,则直流之上就产生了个叠 加小信号正弦电流,正弦电压与正弦电流就产生了个 增量电阻,即扩散电阻扩散电容:在直流电压上加一个很小的交流电压,随 着外加正偏电压的改变,穿过空间电荷区注入到n区 内的空穴数量也发生了变化P区内的少子电子浓度 也经历了同样的过程,n区内的空穴与p区内的电子 充放电过程产生了电容,即扩散电容产生-复合电流的计算【疝 2;0expf: a_12kT )-1PN结的两种击穿机制有什么不同齐纳击穿:重掺杂的pn结由于隧穿机制而发生齐纳击 穿。

在重掺杂pn结内,反偏条件下结两侧的导带与价 带离得非常近,以至于电子可以由p区直接隧穿到n 区的导带即齐纳击穿雪崩击穿:当电子或空穴穿越空间电荷区时,由于电 场的作用,他们的能量会增加,增加到一定的一定程 度时,并与耗尽区的原子电子发生碰撞,便会产生新 的电子空穴对,新的电子空穴又会撞击原子内的电子, 于是就发生了雪崩击穿对于大多数pn结来说,雪崩击穿占主导地位在电场 的作用下,新的电子与空穴会朝着相反的方向运动, 于是便形成了新的电流第三章双极晶体管双极晶体管的工作原理是什么[双极晶体管有几种工作模式,哪种是放大模式正向有源,反向有源,截止,饱和双极晶体管的少子分布(图示)双极晶体管的电流成分(图示),它们是怎样形成的 正向有源时同少子分布低频共基极电流增益的公式总结(分析如何提高晶体 管的增益系数)y = 1 O 1 :p D Ltanh( x / L )】N D x1 + E 0 ER - B B 1 + _B - _B - _Bn D L tanh( x / L ) N D xB 0 B E E E E E Ea " 1 ^ . 1『C0Sh( % / LB)1 + -(x / L )22 B B1eVBEv ~2kT5 « 」T~J1 + r0 exp - s0a = ya 5p= a1 -a等效电路模型(Ebers-Moll模型和Hybrid-Pi模型)(画图和简述)双极晶体管的截止频率受哪些因素影响基区渡越时间。

利用有内建电场的缓变掺杂基区双极晶体管的击穿有哪两种机制第四章MOS场效应晶体管基础MOS结构怎么使半导体产生从堆积、耗尽到反型的 变化反型:当在棚极加上更大的负电压时,导带和价带的 弯曲程度更加明显了,本证费米能级已经在费米能级 的上方了,以至于价带比导带更接近费米能级,这个 结果表明半导体表面是p型的,通过施加足够大的负 电压半导体表面已经从n型转为p型了这就是半导 体表面的空穴反型层MOS结构的平衡能带图(表面势、功函数和亲和能) 及平衡能带关系匕X 0 +^ s 0=7 ms栅压的计算(非平衡能带关系)+1 +、平带电压的计算V =4 — ss_FB ms C阈值电压的计算*OXV =.TN0SD (max) — Q'ss +4 +2巾=0SD(max)+ V +2巾 C ms f p C FB f p>Q (max) = eN xX dTf』I eN /f N1"i >08ms—V =—TPQ (max)C OXWk + 0 - 20 =一 ms fnQ (max)C OX.+ V - 20FB fnCoxoxtoxQ (max) = eN xf 48 0112X —£_fndTeN k d >f N0 —V In1 dfnthk n.) irfE 一 10 —0 -X+ _二-0msmk2e fn)8C —oxoxtoxMOS电容的计算总的电容公式C,= 8 OXdepl 8OX 8 * ds最大电容:平带电容:CC强OX8 OX —8 Tt + ox LOX 8 DsC'FB,,MOSFET的工作原理是什么,最小电容:xdT \ eN' ai4s 9占电流-电压关系(计算)N沟道:I = W* nCox [2(V - V )V - V 2 ]D 2 L GS T DS DSVds (sat) = Vgs - VI (sat) = W*nCox V 2 (sat)=叫Cox (V - V )2D 2 L DS 2 L GS TP沟道:W* pCox [2(V + V )V - V2 ]SG T SD SDVD (sat) = VSG + VTI (sat) = W* pCox V 2 (sat) = W* pc ox (V + V )2D 2 L SD 2 L SG TMOSFET的跨导计算dIg = D_m SVGSMOSFET的等效电路(简化等效电路)MOSFET的截止频率主要取决于什么因素 f = gm = ' mT 2兀(C T + CM) 2nCGf提”(匕广匕)T 2 兀L2第五章光器件电子-空穴对的产生率:g'3)=aI (x)VhvPN结太阳能电池的电流1=mE 源]-1光电导计算、Ac = e(R +R )bp = e(R + R )G c光电导增益r ph eG ALR (1 + -^)Rn光电二极管的光电流Jl = eGL (W + L + L )PIN二极管怎么提高光电探测效率发光二极管的内量子效率主要取决于哪些因素PN结二极管激光器怎样实现粒子数反转(借助于能 带图说明)第六章MOS场效应晶体管:概念的深入MOSFET按比例缩小理论(恒定电场缩小),哪些参 数缩小,哪些参数增大结型场效应晶体管的工作原理是什么它有什么特点设计一种半导体器件,说明其工作原理。

1) 结结构、能带结构(势垒)、电路结构(等效);(2) 载流子分布、电流形成机制、伏-安特性;(3) 增益系数、频率响应。

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