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半导体器件物理复习（施敏）

第⼀章

1、费⽶能级和准费⽶能级

费⽶能级：不是⼀个真正的能级，是衡量能级被电⼦占据的⼏率的⼤⼩的⼀个标准，具有决定整个系统能量以及载流⼦分布的

重要作⽤。

准费⽶能级：是在⾮平衡状态下的费⽶能级，对于⾮平衡半导体，导带和价带间的电⼦跃迁失去了热平衡，不存在统⼀费⽶能

级。就导带和价带中的电⼦讲，各⾃基本上处于平衡态，之间处于不平衡状态，分布函数对各⾃仍然是适应的，引⼊导带和价

带费⽶能级，为局部费⽶能级，称为准费⽶能级“”。

2、简并半导体和⾮简并半导体

简并半导体：费⽶能级接近导带底(或价带顶)，甚⾄会进⼊导带(或价带)，不能⽤玻尔兹曼分布，只能⽤费⽶分布

⾮简并半导体：半导体中掺⼊⼀定量的杂质时，使费⽶能级位于导带和价带之间3、空间电荷效应

当注⼊到空间电荷区中的载流⼦浓度⼤于平衡载流⼦浓度和掺杂浓度时，则注⼊的载流⼦决定整个空间电荷和电场分布，这就

是空间电荷效应。在轻掺杂半导体中，电离杂质浓度⼩，更容易出现空间电荷效应，发⽣在耗尽区外。

4、异质结

指的是两种不同的半导体材料组成的结。

5、量⼦阱和多量⼦阱

量⼦阱：由两个异质结或三层材料形成，中间有最低的EC和最⾼的EV，对电⼦和空⽳都形成势阱，可在⼆维系统中限制电

⼦和空⽳

当量⼦阱由厚势垒层彼此隔开时，它们之间没有联系，这种系统叫做多量⼦阱

6、超晶格

如果势垒层很薄，相邻阱之间的耦合很强，原来分⽴的能级扩展成能带(微带)，能带的宽度和位置与势阱的深度、宽度及势垒

的厚度有关，这种结构称为超晶格。

7、量⼦阱与超晶格的不同点

a.跨越势垒空间的能级是连续的

b.分⽴的能级展宽为微带

另⼀种形成量⼦阱和超晶格的⽅法是区域掺杂变化

第⼆章

1、空间电荷区的形成机制

当这两块半导体结合形成p-n结时，由于存在载流⼦浓度差，导致了空⽳从p区到n区，电⼦从n区到p区的扩散运动。对于p

区，空⽳离开后，留下了不可动的带负电的电离受主，这些电离受主，没有正电荷与之保持电中性，所以在p-n结附近p区⼀

侧出现了⼀个负电荷区。同理，n区⼀侧出现了由电离施主构成的正电荷区，这些由电离受主和电离施主形成的区域叫空间电

荷区。

2、理想p-n结

理想的电流-电压特性所依据的4个假设：

a.突变耗尽层近似

b.玻尔兹曼统计近似成⽴

c.注⼊的少数载流⼦浓度⼩于平衡多数载流⼦浓度

d.在耗尽层内不存在产⽣-复合电流3、肖克莱⽅程（即理想⼆极管定律）

总电流之和J=Jp+Jn=J0expqV

kT

1，其中J0=qDp0ni2

LpND

+qDnni2

LnNA

肖克莱⽅程准确描述了在低电流密度下p-n结的电流-电压特性，但也偏离理想情形，原因：a耗尽层载流⼦的产⽣和复合b在较

⼩偏压下也可能发⽣⼤注⼊c串联电阻效应d载流⼦在带隙内两个状态之间的隧穿表⾯效应

4、p-n结为什么是单向导电

在正向偏压下，空⽳和电⼦都向界⾯运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。在反向偏压下，空⽳和电⼦都向远离界⾯

的⽅向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过，反向电压增⼤到⼀定程度时，反向电流将突然增⼤，电流会⼤到将PN结烧

毁，表现出pn结具有单向导电性。

5、扩散电容和势垒电容

扩散电容：p-n结正向偏置时所表现出的⼀种微分电容效应

势垒电容：当p-n结外加电压变化时，引起耗尽层的电荷量随外加电压⽽增多或减少，耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒

电容。

6、击穿的机制

击穿仅发⽣在反向偏置下

a.热击穿：在⾼反向电压下，反向电流引起热损耗导致结温增加，结温反过来⼜增加了反向电流，导致了击穿

b.隧穿:在强电场下，由隧道击穿，使电⼦从价带越过禁带到达导带所引起的⼀种击穿现象

c.雪崩倍增：当p-n结加的反向电压增加时，电⼦和空⽳获得更⼤的能量，不断发⽣碰撞，产⽣电⼦空⽳对。新的载流⼦在电

场的作⽤下碰撞⼜产⽣新的电⼦空⽳对，使得载流⼦数量雪崩式的增加，流过p-n结的电流急剧增加，导致了击穿

6、同型异质结和反型异质结

同型异质结：两种不同的半导体材料组成的结，导电类型相同

异型异质结：两种不同的半导体材料组成的结，导电类型不同

8、异质结与常规的p-n结相⽐的优势

异质结注⼊率除了与掺杂⽐有关外，还和带隙差成指数关系，这点在双极晶体管的设计中⾮常关键，因为双极晶体管的注⼊⽐

与电流增益有直接的关系，异质结双极晶体管(HBT)运⽤宽带隙半导体材料作为发射区以减⼩基极电流

第三章

1、肖特基⼆极管

肖特基⼆极管是⼀种导通电压降较低，允许⾼速切换的⼆极管，是利⽤肖特基势垒特性⽽产⽣的电