2014年贵州大学半导体器件物理复习题研讨.docVIP

 PAGE \* MERGEFORMAT 10 2014年贵州大学半导体器件物理复习题 画出n型和p型硅衬底上理想的金属-半导体接触（理想金属-半导体接触的含义：金属-半导体界面无界面态，不考虑镜像电荷的作用）的能带图，(a) ?m ?s, (b) ?m ?s. 分别指出该接触是欧姆接触还是整流接触? （要求画出接触前和接触后的能带图） 理想金属--n硅半导体接触前的能带图(??m ?s) 理想金属--n硅半导体接触平衡态能带图(?m ?s) 理想金属--p硅半导体接触平衡态能带图(??m ?s ) 理想金属--p硅半导体接触平衡态能带图(?m ?s) 画出Al-SiO2-p型Si衬底组成的MOS结构平衡态的能带图，说明半导体表面状态。Al的电子亲和势?=4.1eV，Si的电子亲和势?=4.05eV。假定栅极-氧化层-衬底无界面态，氧化层为理想的绝缘层。 半导体表面处于耗尽或反型状态。 重掺杂的p+多??硅栅极-二氧化硅-n型半导体衬底形成的MOS结构，画出MOS结构在平衡态的能带图，说明半导体表面状态。假定栅极-氧化层-衬底无界面态，氧化层为理想的绝缘层。 4. 重掺杂的n+多晶硅栅极-二氧化硅-p型半导体衬底形成的MOS结构，画出MOS结构在平衡态的能带图，说明半导体表面状态。假定栅极-氧化层-衬底无界面态，氧化层为理想的绝缘层。 5. 画出能带图，说明MOSFET的DIBL效应。 从能带图的变化说明pnpn结构从正向阻断到正向导通的转换过程。 画出突变pn结正偏及反偏条件下的能带图，要求画出耗尽区及少数载流子扩散区的准费米能级，说明画法依据。 正偏pn结能带图说明1：在–xp处，空穴浓度等于p区空穴浓度，空穴准费米能级等于p区平衡态费米能级。在耗尽区，空穴浓度下降，但本征费米能级下降，根据载流子浓度计算公式，可认为空穴浓度的下降是由本征费米能级的下降引起的，而空穴准费米能级在耗尽区近似为常数。空穴注入n区中性区后，将与电子复合，经过几个扩散长度后，复合殆尽，最终与n区平衡态费米能级重合。因此空穴准费米能级在n区扩散区内逐渐升高，并最终与EFn合一。同理可说明电子准费米能级的变化趋势。 反偏pn结能带图说明：外加电场加强了空间电荷区的电场，空间电荷增加，空间电荷区变宽，势垒升高，n区空间电荷区外侧的电子准费米能级的变化几乎为零，在空间电荷区，电子浓度迅速降低，但由于本征费米能级迅速上升，按照非平衡载流子浓度公式，电子准费米能级在空间电荷区的变化可忽略不计，在空间电荷区外的P型侧的几个扩散长度内，电子浓度逐渐升高，最终等于P区的平衡值，因此，电子的准费米能级也逐渐上升，最终与P区的空穴准费米能级合一，同理可解释反偏PN结空穴费米能级的变化。 8. 用能带图说明ESAKI二极管工作原理。 器件工作机理和概念 简述pn结突变空间电荷区近似（耗尽近似）的概念。 提要：冶金界面两边的浓度差—多数载流子扩散—界面n型侧留下不可动的带正电的电离施主，界面p型侧留下不可动的带负电的电离受主。电离施主和电离受主形成的区域称为空间电荷区。由电离施主指向电离受主的电场称为自建电场。自建电场对载流子有反方向的漂移作用。当扩散作用与漂移作用达到动态平衡时，空间电荷区电荷固定，自建电场的大小固定，接触电势差为定值。 “突变空间电荷区近似”模型认为，由于自建电场的作用，可近似认为空间电荷区内的自由载流子—电子和空穴 被完全“扫出”该区域，只剩下电离受主和电离施主原子，空间电荷区是一个高阻区，所以空间电荷区又称为耗尽区或阻挡层。此外，空间电荷区的边界虽然是缓变的，但计算表明过度区很窄，因此，可近似认为空间电荷区边界是突变的。空间电荷区外是电中性的，与空间电荷区内相比，电阻率很小，可近似为零。这三个近似条件，称为突变空间电荷区近似或突变耗尽近似。 2.简述pn结空间电荷区的正向复合电流和反向产生电流的成因，它们对pn结的电流-电压关系有何影响？ 提要：pn结处于非平衡态时，空间电荷区载流子浓度关系式为 pn结正偏时，V 0, ,耗尽区有电子-空穴复合而形成的复合电流，电流大小等于，小的正偏压下，复合电流是pn结的主要电流。 pn结反偏时，V 0, ,耗尽区有电子-空穴产生，产生的电子空穴在电场的作用下形成反向电流，电流大小等于，称为反向产生电流。计算表明，pn结反向产生电流比反向饱和电流大3—4个数量级。因此，反向产生电流总是pn结反向电流的主要成分。 3. 导致MOSFET饱和区输出特性曲线ID(VDS)上翘原因有哪些？简述其机理。 沟道长度调制效应(CLM)；漏极电场的诱生势垒降低效应(DIBL)；漏耗尽区的电离倍增效应(SCBE); 漏极电场