第一篇：半導(dǎo)體器件中的low-k技術(shù)

半導(dǎo)體集成電路中的low-k技術(shù)

摘要：隨著芯片集成度的不斷提高，RC時(shí)延、串?dāng)_噪聲和功耗等越來越成為嚴(yán)重的問題。low-k(低介電常數(shù))技術(shù)在這樣的背景下產(chǎn)生并逐漸應(yīng)用到集成電路工藝中。low-k材料代替SiO2能夠進(jìn)一步提高芯片的速度，但在low-k材料帶來巨大技術(shù)優(yōu)勢的同時(shí)，也帶來了一些技術(shù)性難題。研究新型low-k材料并提升其相應(yīng)的性能，將極大的促進(jìn)集成電路的發(fā)展。關(guān)鍵詞: 集成電路 low-k技術(shù) 低介電常數(shù) 多孔材料 前言

隨著超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integration,VLSI)的高速發(fā)展，芯片的集成度不斷提高，特征尺寸不斷減小。金屬互連的多層布線導(dǎo)致金屬導(dǎo)線的電阻、線間電容和層間電容增大，從而使RC延遲時(shí)間、串?dāng)_噪聲和功耗等增加，這些問題成為集成電路進(jìn)一步發(fā)展的制約因素[1,2]。為了解決上述問題，提高芯片的速度，一方面用采用Cu金屬互連線代替Al金屬，減少電阻(Cu電阻率為1.75 ×10-8Ω·m，Al電阻率2.83 ×10-8Ω·m)。另一方面用low-k電介質(zhì)(k<3)代替SiO2(k=3.9~4.2)，降低金屬互連層間絕緣層的介電常數(shù)k[3,4]。90 nm工藝要求k = 3.0～2.9；65 nm工藝要求k = 2.8～2.7；45 nm 工藝要求k = 2.6～2.5[3]；32nm及以下工藝要求k值在2.4之下[5]。因此，low-k技術(shù)已經(jīng)成為集成電路領(lǐng)域的重點(diǎn)研究內(nèi)容之一。low-k技術(shù)的優(yōu)勢

圖1 分布電容示意圖

low-k技術(shù)就是就是尋找介電常數(shù)(k)較小的材料作為芯片內(nèi)部電路層之間的絕緣介質(zhì)ILD(Inter Layer Dielectrics，層間電介質(zhì))，防止各層電路的相互干擾，以提升芯片的穩(wěn)定性和工作頻率。集成電路的速度由晶體管的柵延時(shí)和信號(hào)的傳播延時(shí)共同決定，使用high-k材料可以有效地降低柵延時(shí)。RC時(shí)延由金屬導(dǎo)線的電阻R和內(nèi)部電介質(zhì)形成的電容C決定

[6]

。由于ILD的存在，導(dǎo)線之間就不可

避免的存在分布電容。在集成電路內(nèi)，RC時(shí)延決定于電阻R與電容C的乘積值，其值越小，速度越快。R值由材料的性質(zhì)決定，因此降低電容值就可改善線路的傳輸速度。電容值與與ILD的介電常數(shù)K相關(guān)，K值越小，電容值越小。所以，low-k技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是尋找k值盡量小的材料以降低R ×C的值，減小延遲，進(jìn)而提升芯片速度。

在另一方面，low-k技術(shù)還可以降低線路串?dāng)_。當(dāng)一條傳輸線傳送信號(hào)

時(shí)，通過互感作用在另一條傳輸線上產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，或者通過電容產(chǎn)生耦合信號(hào)，這兩種現(xiàn)象統(tǒng)稱為串?dāng)_。串?dāng)_可使相鄰傳輸線中出現(xiàn)異常的信號(hào)脈沖，造成邏輯電路的誤動(dòng)作。耦合干擾是由導(dǎo)線間的寄生電容引起的，根據(jù)容抗表達(dá)式XC=1/2nfC可知：電容的容量C越大，XC越小，信號(hào)越容易從一根導(dǎo)線穿越電介質(zhì)到達(dá)另一根導(dǎo)線，線路間的串?dāng)_就越嚴(yán)重；信號(hào)的頻率f越高，脈沖的上升、下降時(shí)間越短，串?dāng)_也越嚴(yán)重[6]。

由上面可以看出，使用low-k材料作為ILD，可以降低分布電容，進(jìn)而縮短了RC時(shí)延，提高了芯片的速度；另外，分布電容的降低可以降低信號(hào)串?dāng)_，允許互連線之間的距離更近，可進(jìn)一步提高芯片的集成度。low-k材料

3.1 低介電性能

材料的介電性能主要取決于構(gòu)成材料微觀成分的分子極化率，其宏觀量相對(duì)介電常數(shù)εr，和微觀量極化率α之問的關(guān)系為

(εr－1)/(εr+2)=Ｎα／3ε

０

上式又稱為Clausius－Mossotti 方程，其中，Ｎ為介質(zhì)單位體積內(nèi)極化質(zhì)點(diǎn)數(shù)[8]。電介質(zhì)的介電常數(shù)與其分子在電場中的極化強(qiáng)度大小和單位體積內(nèi)分子數(shù)目有關(guān)，分子的極化強(qiáng)度越高，材料單位體積內(nèi)的分子數(shù)越多，介電常數(shù)越大。因此可以通過兩種途徑降低材料的介電常數(shù)：一是降低自身的極性和極化率，包括降低材料中電子極化率，離子極化率以及分子極

化率，通常是摻入強(qiáng)電負(fù)性的元素，能將電子牢牢地束縛住，使Si-O-Si網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由四面體Sp3軌道轉(zhuǎn)為極性較弱的sp2軌道；二是降低單位體積內(nèi)極化分子的密度。由于通過降低分子的極化率來降低材料的介電常數(shù)是有限的，目前降低材料介電常數(shù)多是通過引入介電常數(shù)約等于1.0的空氣孔隙來實(shí)現(xiàn)的，這主要是由于通過引入孔隙，降低了材料單位體積內(nèi)極化分子的數(shù)目[8,9]。

3.2 幾種low-k材料的介紹

下面將介紹幾種low-k材料。3.2.1 無機(jī)多空材料

(1)氧化硅多孔材料 氧化硅材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，與硅基板具有良好的相容性，因此在眾多低介電常數(shù)材料中是最具發(fā)展前景的．氧化硅多孔材料因具有更低的介電常數(shù)，在目前集成電路高度密集化的發(fā)展過程中，獲得了廣泛關(guān)注，其介電常數(shù)在1.99~2.45之間。

(2)氮化硅多孔材料 氮化硅材料具有耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫、介電常數(shù)低(5.6)和介電損耗小的特點(diǎn)。采用漿料注人法和硅膠循環(huán)滲透法，在750。C反應(yīng)條件下制備出熔融石英纖維增強(qiáng)多孔氮化硅低介電常數(shù)陶瓷材料，在高測試頻率下材料的介電常數(shù)為2.8-3.1。

(3)多孔a—C：F薄膜 盡管a—C：F薄膜作為低介電材料的應(yīng)用受到人們質(zhì)疑(熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能較差)，但對(duì)它的研究探索卻一直未停止。多孔a-C：F薄膜的出現(xiàn)使得a-C：F薄膜

開始邁向超低k材料領(lǐng)域。其介電常數(shù)值在2.1~2.7之間。3.2.2 有機(jī)多孔材料

(1)聚酰亞胺多孔材料 聚酰亞胺是以酰亞胺環(huán)為結(jié)構(gòu)特征的高分子聚合物，利用聚酰亞胺制備的薄膜具有耐高低溫特性、耐輻射性、優(yōu)良的黏接性、電氣絕緣性和機(jī)械性能。其薄膜介電常數(shù)可降至1.8左右[12]。

(2)聚乙烯多空材料 聚乙烯是一種非極性高分子材料，且具有無毒、耐化學(xué)腐蝕、吸水性小、電絕緣性能優(yōu)良和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，非常適合用作低介電常數(shù)材料。介電常數(shù)主要受孔隙率的影響．當(dāng)孔隙率為62.9%時(shí)，薄膜的介電常數(shù)可降低至1.56。

(3)含氟聚合物多孔材料 聚四氟乙烯(PTFE)因具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、低的介電常數(shù)和較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，被認(rèn)為是一種理想的低介電常數(shù)材料。介電常數(shù)可達(dá)1.5，在400℃ 以下不發(fā)生分解反應(yīng)。

(4)聚硅氮烷多孔材料 多孔聚硅氮烷薄膜由于高的孔隙率和均勻的薄膜結(jié)構(gòu)，介電常數(shù)低至2.2，這種材料已經(jīng)被應(yīng)用于集成電路制備過程中。

3.2.3 有機(jī)／無機(jī)復(fù)合多孔低介電常數(shù)材料

(1)倍半硅氧烷基多孔復(fù)合材料 倍半硅氧烷材料具有低的介電常數(shù)，其中甲基倍半硅氧烷(MSQ)的介電常數(shù)為2.6~2.8，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于微電子領(lǐng)域。通過在這種基體材料中引入孔隙的方法可以進(jìn)一步降低介電常

數(shù)。

(2)沸石聚酰亞胺多孔復(fù)合材料 沸石是具有微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽化合物，具有窄分布分子尺寸的孔隙以及低的介電常數(shù)．將沸石與低介電常數(shù)的聚合物混合，采用旋涂法可以獲得無機(jī)／有機(jī)復(fù)合多孔薄膜，孔隙來自于沸石本身，這種薄膜材料具備低的介電常數(shù)且綜合了無機(jī)、有機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)，具備良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。采用旋涂法制備出的無機(jī)／有機(jī)復(fù)合多孔薄膜，薄膜的介電常數(shù)為2.00~2.56 [9,10]。

對(duì)低介電常數(shù)材料的研究已經(jīng)從無空低介電常數(shù)材料發(fā)展到多孔低介電常數(shù)材料，從單一組分的多孔低介電常數(shù)材料發(fā)展到多組分的復(fù)合多孔低介電常數(shù)材料。low-k技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

盡管low-k材料有許多的技術(shù)優(yōu)勢，但除了低介電常數(shù)的特性以外，還需要具備以下性質(zhì)：在電學(xué)性能方面，要有高擊穿電壓、低損耗、低漏電流和非等向特征；在力學(xué)方面，要有高附著力、高硬度、搞機(jī)械強(qiáng)度和低殘余應(yīng)力；在化學(xué)性能方面，要符合低的釋氣量、不與金屬反應(yīng)、高的憎水性等特性[7]

；在熱學(xué)方面，要有高熱穩(wěn)定性、低熱膨脹率和高熱導(dǎo)率

[2,10]。

與SiO2相比，low-k材料密度較低，這樣帶來兩個(gè)問題，一是熱傳導(dǎo)性能較差，不利于芯片內(nèi)熱量的散發(fā)，由此導(dǎo)致芯片熱穩(wěn)定性變壞；二是銅更容易擴(kuò)散進(jìn)入絕緣層材料的孔隙

中，不僅影響了互連的可靠性，如果不采取適當(dāng)防擴(kuò)散工藝措施，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)因電解質(zhì)中銅含量過高而帶來漏電和功耗升高問題。在制造工藝上，由于low-k材料的松軟結(jié)構(gòu)和易滲透性，使得CMP(Chemical Mechanical Polishing,化學(xué)機(jī)械拋光)和清潔工序變得更為艱難，并導(dǎo)致成品率下降和生產(chǎn)成本的提高[6]。結(jié)束語

2011年國際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS)指出，low-k材料的空氣隙結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是ILD潛在解決方案的主流，因?yàn)樗谥饾u成熟。ITRS團(tuán)隊(duì)堅(jiān)定地認(rèn)為，除了使用空氣隙結(jié)構(gòu)，對(duì)任何多孔超低k值(k<2)材料的進(jìn)一步改進(jìn)都不可能引起k值大幅減小。對(duì)低k值，這是材料解決方案的結(jié)束，也是結(jié)構(gòu)解決方案的開始[11]。除了降低k值，low-k技術(shù)在其他方面也要解決一些關(guān)鍵性問題，如多孔材料的化學(xué)抵抗能力和機(jī)械強(qiáng)度，ALD的阻擋效率以及互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)穩(wěn)定性等問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 崔進(jìn)，劉卉敏，鄧艷紅，等.2CHF_3 等離子體刻蝕SiCOH低k薄膜的機(jī)理分析.蘇州大學(xué)報(bào).2011,27(1):49-51 [2] 孫鳴，劉玉嶺，劉博，等.低k 介質(zhì)與銅互連集成工藝.微納電子技術(shù).2006,10:464-469

[3] 翁壽松.低k 電介質(zhì)及其設(shè)備.電子工業(yè)專用設(shè)備.2008.160:28-30 [4] 王立冉，邢哲，劉玉嶺，等.堿性拋光液在CMP 過程中對(duì)低k 介質(zhì)的影響.半導(dǎo)體先進(jìn)制造技術(shù).2012,37(1):29-32

[5] T.Watanabe, Y.Hayashi, H.Tomizawa, et al.Robust BEOL Process Integration with Ultra Low-k(k=2.0)Dielectric and Self-Formed

MnOx

Barrier Technology for 32 nm-node and beyond.Interconnect

Technology

Conference.2008,6:208-210 [6] 鐘雅蘇.Low-k給我們帶來了什么.微型計(jì)算機(jī).2004,14:118-119 [7] 翁壽松.45nm工藝與關(guān)鍵技術(shù).微納電子技術(shù).2007,9:863-867 [8]徐洪耀，嚴(yán)正權(quán)，張超，等.多面體籠型倍半硅氧烷納米雜化低介電材料的研究.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào).2011,9:1962-1969

[9] 王家邦，張國權(quán).浙江大學(xué)學(xué)報(bào).2009,43(5):957-961

[10] 殷桂琴,袁強(qiáng)華.旋轉(zhuǎn)涂覆法制備硅基多孔低k薄膜材料的研究進(jìn)展.材料導(dǎo)報(bào).2010,24(4):40-43 [11] 周潤璽 譯，黃慶紅 校.國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)晨路線圖(IRS)2011版綜

述.中國集成電路.2012,163:27-42

[12] 杜詩文,李永堂.化學(xué)機(jī)械拋光

中Si/Cu/Ta/low-k界面剝離和斷裂特

性研究.機(jī)械工程學(xué)報(bào).2012,48(4):26-31

第二篇：說課稿-半導(dǎo)體器件

尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位老師下午好，我今天說課的題目是：平衡PN結(jié)

一、分析教材

首先我對(duì)本節(jié)的教材內(nèi)容進(jìn)行分析：

《半導(dǎo)體器件物理》是應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的一門重要專業(yè)方向課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠結(jié)合各種半導(dǎo)體的物理效應(yīng)掌握常用和特殊半導(dǎo)體器件的工作原理，從物理角度深入了解各種半導(dǎo)體器件的基本規(guī)律。PN結(jié)是構(gòu)成各類半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，如雙極型晶體管、結(jié)型場效應(yīng)晶體管、可控硅等，都是由PN結(jié)構(gòu)成的。PN結(jié)的性質(zhì)集中反映了半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的特點(diǎn)，如存在兩種載流子、載流子有漂移運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)生與復(fù)合三種基本運(yùn)動(dòng)形式等。獲得在本課程領(lǐng)域內(nèi)分析和處理一些最基本問題的初步能力，為進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)和獨(dú)立解決實(shí)際工作中的有關(guān)問題奠定一定的基礎(chǔ)。

根據(jù)以上分析，結(jié)合本節(jié)教學(xué)要求，再聯(lián)系學(xué)生實(shí)際，我確立了以下教學(xué)目標(biāo)：

1、知識(shí)目標(biāo)

(1)了解PN結(jié)的結(jié)構(gòu)、制備方法；

(2)掌握平衡PN結(jié)的空間電荷區(qū)和能帶圖；

(3)掌握平衡PN結(jié)的載流子濃度分布。

2、能力目標(biāo)

(1)通過典型圖例，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察和認(rèn)識(shí)PN結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察現(xiàn)象、分析問題以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力；

(2)指導(dǎo)學(xué)生自己分析，借助教材和圖例，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及通過實(shí)驗(yàn)研究問題的習(xí)慣；

3、情感目標(biāo)

(1)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件物理的興趣，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對(duì)本專業(yè)熱愛的激情；

(2)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度。

考慮到一方面學(xué)生的文化基礎(chǔ)比較薄弱，綜合解決問題的能力有待提高，另一方面，對(duì)于高職類學(xué)校的學(xué)生而言，要求有較強(qiáng)的動(dòng)手能力，我把教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)設(shè)置如下：

1、教學(xué)重點(diǎn)

平衡p–n結(jié)空間電荷區(qū)的形成；平衡p–n結(jié)的能帶圖

2、教學(xué)難點(diǎn)

平衡p–n結(jié)中載流子的分布

二、說教法

興趣是推動(dòng)學(xué)生求知欲的強(qiáng)大動(dòng)力，在教學(xué)中把握學(xué)生好奇心的特點(diǎn)至關(guān)重要。另一方面，在教學(xué)課堂中，不僅要求傳授書本的理論知識(shí)，更要注重培養(yǎng)學(xué)生的思維判斷能力、依據(jù)理論解決實(shí)際問題的能力以及自學(xué)探索的能力。據(jù)此，我準(zhǔn)備以演示法和引導(dǎo)式教學(xué)為主，遵循學(xué)生為學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的原則，通過講授理論知識(shí)，使學(xué)生獲得必要的感性認(rèn)識(shí)，讓疑問激起他們的學(xué)習(xí)研究興趣，然后再引導(dǎo)學(xué)生掌握必要的基礎(chǔ)知識(shí)，最后在開放的課堂上提供學(xué)生進(jìn)一步研究的機(jī)會(huì)，滿足他們的好奇心，開發(fā)他們的創(chuàng)新潛力。

三、說學(xué)法

學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，教學(xué)活動(dòng)中要注意學(xué)生學(xué)法的指導(dǎo)，使學(xué)生從“學(xué)會(huì)”轉(zhuǎn)化為“會(huì)學(xué)”。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，本節(jié)采用觀察、分析的學(xué)習(xí)方法，在做好演示圖例的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生合作討論，進(jìn)而獲取知識(shí)。

另外，在教學(xué)過程中，我還會(huì)鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用探究性的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)、探究、解決問題的能力。

四、說教學(xué)過程

為了完成教學(xué)目標(biāo)，解決教學(xué)重點(diǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn)，課堂教學(xué)我準(zhǔn)備按以下幾個(gè)環(huán)節(jié)展開：

1、新課導(dǎo)入

通過半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，分析了P型和N型半導(dǎo)體中的載流子濃度分布和運(yùn)動(dòng)情況，如果將P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，在二者的交界處就形成了PN結(jié)。首先學(xué)習(xí)PN結(jié)。引出問題：什么是PN結(jié)？

設(shè)計(jì)意圖：通過問題的提出，引導(dǎo)學(xué)生形成對(duì)所學(xué)事物的輪廓，豐富他們的感性認(rèn)識(shí)，吸引學(xué)生的注意力和好奇心。

2、講解新課

通過講解在本征半導(dǎo)體中參入不同雜質(zhì)，引出半導(dǎo)體的一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)：PN結(jié)。

(1)講解PN結(jié)

用圖示演示PN結(jié)的基本結(jié)構(gòu)，兩種不同類型的半導(dǎo)體：P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。為了加深學(xué)生的理解，可以采用情景教學(xué)的方式，讓學(xué)生在輕松有趣的互動(dòng)游戲中掌握枯燥的概念。

(2)平衡PN結(jié)的空間電荷區(qū)和能帶圖

通過圖例展示，教師講解平衡PN結(jié)空間電荷區(qū)的形成和能帶圖，然后讓學(xué)生復(fù)述，傾聽學(xué)生自己的理解，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析，講解各名詞的概念：擴(kuò)散、漂移、空間電荷區(qū)、自建電場、勢壘、勢壘區(qū)。

(3)平衡PN結(jié)的接觸電勢差

由此，也進(jìn)一步引出N區(qū)和P區(qū)之間存在電勢差，稱為PN結(jié)的接觸電勢差。給出n區(qū)電子濃度、p區(qū)空穴濃度的公式，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)接觸電勢差。

(4)平衡PN結(jié)的載流子濃度分布

通過圖示回顧上課過程中提到的空間電荷區(qū)、自建電場、擴(kuò)散、漂移、載流子的耗盡等概念，總結(jié)平衡PN結(jié)的載流子濃度分布并給出示意圖。

3、歸納總結(jié)，布置作業(yè)

設(shè)計(jì)問題，由學(xué)生回答問題,通過設(shè)問回答補(bǔ)充的方式小結(jié)，學(xué)生自主回答三個(gè)問題，教師關(guān)注全體學(xué)生對(duì)本節(jié)課知識(shí)的掌握程度，學(xué)生是否愿意表達(dá)自己的觀點(diǎn)。

(1)什么是PN結(jié)？

(2)PN結(jié)的制備方法有哪些？

(3)平衡PN結(jié)的空間電荷區(qū)是如何形成的？

(4)平衡PN結(jié)的能帶圖中費(fèi)米能級(jí)的作用？

(5)平衡PN結(jié)接觸電勢差的推導(dǎo)過程？

設(shè)計(jì)意圖：通過提問方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小結(jié)，養(yǎng)成學(xué)習(xí)——總結(jié)——再學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，發(fā)揮自我評(píng)價(jià)作用，同時(shí)可培養(yǎng)學(xué)生的語言表達(dá)能力。作業(yè)分層要求，做到面向全體學(xué)生，給基礎(chǔ)好的學(xué)生充分的空間，滿足他們的求知欲。

五、板書設(shè)計(jì)

采用三欄式

以上，我從教材、教法、學(xué)法、教學(xué)過程和板書設(shè)計(jì)五個(gè)方面對(duì)本課進(jìn)行了說明，我的說課到此結(jié)束，謝謝各位評(píng)委老師。

第三篇：常用半導(dǎo)體器件教案

第一章

常用半導(dǎo)體器件

1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

1.1.1 本征半導(dǎo)體

一、半導(dǎo)體

1． 概念：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。2． 本征半導(dǎo)體：純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。

二、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)（圖1.1.1）

1． 晶格：晶體中的原子在空間形成排列整齊的點(diǎn)陣。2． 共價(jià)鍵

三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子（圖1.1.2）

1． 本征激發(fā)：在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)的現(xiàn)象。2． 空穴：講解其導(dǎo)電方式； 3． 自由電子

4． 復(fù)合：自由電子與空穴相遇，相互消失。5． 載流子：運(yùn)載電荷的粒子。

四、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度

1． 動(dòng)態(tài)平衡：載流子濃度在一定溫度下，保持一定。2． 載流子濃度公式：

ni?pi?K1T3/2e?EGO/(2kT)

自由電子、空穴濃度（cm?5－

3），T為熱力學(xué)溫度，k為波耳茲曼常數(shù)（8.63?10eV/K），EGO為熱力學(xué)零度時(shí)破壞共價(jià)鍵所需的能量（eV），又稱禁帶寬度，K1是與半導(dǎo)體材料載流子有效質(zhì)量、有效能級(jí)密度有關(guān)的常量。

1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體

一、概念：通過擴(kuò)散工藝，摻入了少量合適的雜質(zhì)元素的半導(dǎo)體。

二、N型半導(dǎo)體（圖1.1.3）

1． 形成：摻入少量的磷。2． 多數(shù)載流子：自由電子 3． 少數(shù)載流子：空穴

4． 施主原子：提供電子的雜質(zhì)原子。

三、P型半導(dǎo)體（圖1.1.4）

1． 形成：摻入少量的硼。2． 多數(shù)載流子：空穴 3． 少數(shù)載流子：自由電子

4． 受主原子：雜質(zhì)原子中的空穴吸收電子。

5． 濃度：多子濃度近似等于所摻雜原子的濃度，而少子的濃度低，由本征激發(fā)形成，對(duì)溫度敏感，影響半導(dǎo)體的性能。

1.1.3 PN結(jié)

一、PN結(jié)的形成（圖1.1.5）

1． 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：多子從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動(dòng)。2． 空間電荷區(qū)、耗盡層（忽視其中載流子的存在）3． 漂移運(yùn)動(dòng)：少子在電場力的作用下的運(yùn)動(dòng)。在一定條件下，其與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡。4． 對(duì)稱結(jié)、不對(duì)稱結(jié)：外部特性相同。

二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1． PN結(jié)外加正向電壓：導(dǎo)通狀態(tài)（圖1.1.6）正向接法、正向偏置，電阻R的作用。（解釋為什么Uho與PN結(jié)導(dǎo)通時(shí)所表現(xiàn)的外部電壓相反：PN結(jié)的外部電壓為U即平時(shí)的0.7V，而內(nèi)電場的電壓并不對(duì)PN結(jié)的外部電壓產(chǎn)生影響。）

2． PN結(jié)外加反向電壓：截止?fàn)顟B(tài)（圖1.1.7）反向電壓、反向偏置、反向接法。形成漂移電流。

三、PN結(jié)的電流方程

1． 方程（表明PN結(jié)所加端電壓u與流過它的電流i的關(guān)系）：

i?IS(euUT?1)

UT?kT

q為電子的電量。q2．平衡狀態(tài)下載流子濃度與內(nèi)電場場強(qiáng)的關(guān)系： 3． PN結(jié)電流方程分析中的條件：

4． 外加電壓時(shí)PN結(jié)電流與電壓的關(guān)系：

四、PN結(jié)的伏安特性（圖1.1.10）

1． 正向特性、反向特性

2． 反向擊穿：齊納擊穿（高摻雜、耗盡層薄、形成很強(qiáng)電場、直接破壞共價(jià)鍵）、雪崩擊穿（低摻雜、耗盡層較寬、少子加速漂移、碰撞）。

五、PN結(jié)的電容效應(yīng)

1． 勢壘電容：（圖1.1.11）耗盡層寬窄變化所等效的電容，Cb（電荷量隨外加電壓而增多或減少，這種現(xiàn)象與電容器的充放電過程相同）。與結(jié)面積、耗盡層寬度、半導(dǎo)體介電常數(shù)及外加電壓有關(guān)。2． 擴(kuò)散電容：（圖1.1.12）

（1）平衡少子：PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)的少子。

（2）非平衡少子：PN結(jié)處于正向偏置時(shí)，從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子。

（3）濃度梯度形成擴(kuò)散電流，外加正向電壓增大，濃度梯度增大，正向電流增大。

（4）擴(kuò)散電容：擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，電荷的積累和釋放過程與電容器充放電過程相同。i越大、τ越大、UT越小，Cd就越大。

（5）結(jié)電容Cj?Cb?Cd

pF級(jí)，對(duì)于低頻忽略不計(jì)。

1.2 半導(dǎo)體二極管

（幾種外形）（圖1.2.1）

1.2.1 半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)（圖1.2.2）

一、點(diǎn)接觸型：電流小、結(jié)電容小、工作頻率高。

二、面接觸型：合金工藝，結(jié)電容大、電流大、工作頻率低，整流管。

三、平面型：擴(kuò)散工藝，結(jié)面積可大可小。

四、符號(hào)

1.2.2 二極管的伏安特性 一、二極管的伏安特性

1． 二極管和PN結(jié)伏安特性的區(qū)別：存在體電阻及引線電阻，相同端電壓下，電流?。淮嬖诒砻媛╇娏鳎聪螂娏鞔?。

2． 伏安特性：開啟電壓（使二極管開始導(dǎo)通的臨界電壓）（圖1.2.3）

二、溫度對(duì)二極管方案特性的影響

1． 溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移。

2． 室溫時(shí)，每升高1度，正向壓降減小2～2.5mV；每升高10度，反向電流增大一倍。

1.2.3 二極管的主要參數(shù)

一、最大整流電流IF：長期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。

二、最高反向工作電壓UR：工作時(shí)，所允許外加的最大反向電壓，通常為擊穿電壓的一半。

三、反向電流IR：未擊穿時(shí)的反向電流。越小，單向?qū)щ娦栽胶?；此值?duì)溫度敏感。

四、最高工作頻率fM：上限頻率，超過此值，結(jié)電容不能忽略。

1.2.4 二極管的等效電路 一、二極管的等效電路：在一定條件下，能夠模擬二極管特性的由線性元件所構(gòu)成的電路。一種建立在器件物理原理的基礎(chǔ)上（復(fù)雜、適用范圍寬），另一種根據(jù)器件外特性而構(gòu)造（簡單、用于近似分析）。

二、由伏安特性折線化得到的等效電路：（圖1.2.4）

1． 理想二極管：注意符號(hào) 2． 正向?qū)〞r(shí)端電壓為常量

3． 正向?qū)〞r(shí)端電壓與電流成線性關(guān)系 4． 例1（圖1.2.5）三種不同等效分析：（1）V遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于UD，（2）UD變化范圍很小，(3)接近實(shí)際情況。5． 例2（圖1.2.6）三、二極管的微變等效電路（圖1.2.7）（圖1.2.8）（圖1.2.9）

動(dòng)態(tài)電阻的公式推倒：

1.2.5 穩(wěn)壓二極管

一、概念：一種由硅材料制成的面接觸型晶體二極管，其可以工作在反向擊穿狀態(tài)，在一定電流范圍內(nèi)，端電壓幾乎不變。

二、穩(wěn)壓管的伏安特性：（圖1.2.10）

三、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)

1． 穩(wěn)定電壓UZ：反向擊穿電壓，具有分散性。2． 穩(wěn)定電流IZ：穩(wěn)壓工作的最小電流。

3． 額定功耗PZM：穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積。4． 動(dòng)態(tài)電阻rZ：穩(wěn)壓區(qū)的動(dòng)態(tài)等效電阻。

5． 溫度系數(shù)α：溫度每變化1度，穩(wěn)壓值的變化量。小于4V為齊納擊穿，負(fù)溫度系數(shù)；大于7V為雪崩擊穿，正溫度系數(shù)。

四、例（圖1.2.11）

1.2.6 其他類型二極管

一、發(fā)光二極管（圖1.2.12）可見光、不可見光、激光；紅、綠、黃、橙等；開啟電壓大。

二、光電二極管（圖1.2.13）遠(yuǎn)紅外接受管，伏安特性（圖1.2.14）光電流（光電二極管在反壓下，受到光照而產(chǎn)生的電流）與光照度成線性關(guān)系。

三、例（圖1.2.15）

1.3 雙極型晶體管

雙極型晶體管（BJT: Bipolar Junction Transistor）幾種晶體管的常見外形（圖1.3.1）

1.3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)及類型（圖1.3.2）

一、構(gòu)成方式：同一個(gè)硅片上制造出三個(gè)摻雜區(qū)域，并形成兩個(gè)PN結(jié)。

二、結(jié)構(gòu)：

1． 三個(gè)區(qū)域：基區(qū)（薄且摻雜濃度很低）、發(fā)射區(qū)（摻雜濃度很高）、集電區(qū)（結(jié)面積大）；

2． 三個(gè)電極：基極、發(fā)射極、集電極； 3． 兩個(gè)PN結(jié)：集電結(jié)、發(fā)射結(jié)。

三、分類及符號(hào)：PNP、NPN 1.3.2 晶體管的電流放大作用

一、放大：把微弱信號(hào)進(jìn)行能量的放大，晶體管是放大電路的核心元件，控制能量的轉(zhuǎn)換，將輸入的微小變化不失真地放大輸出，放大的對(duì)象是變化量。

二、基本共射放大電路（圖1.3.3）

1． 輸入回路：輸入信號(hào)所接入的基極－發(fā)射極回路；

2． 輸出回路：放大后的輸出信號(hào)所在的集電極－發(fā)射極回路； 3． 共射放大電路：發(fā)射極是兩個(gè)回路的公共端； 4． 放大條件：發(fā)射結(jié)正偏且集電結(jié)反偏；

5． 放大作用：小的基極電流控制大的集電極電流。

三、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)（圖1.3.4）分析條件?uI?0

1． 發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE，空穴電流IEP由于基區(qū)摻雜濃度很低，可以忽略不計(jì)；IE?IEN?IEP

2． 擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成電流IBN；

3． 集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC，其中非平衡少子的漂移形成ICN，平衡少子形成ICBO。

??ICBO4． 晶體管的電流分配關(guān)系：IC?ICN?ICBO，IB?IBN?IEP?ICBO?IB，IE?IB?IC

四、晶體管的共射電流放大系數(shù)

1． 共射直流電流放大系數(shù)：??ICNIC?ICBO ??IBIB?ICBO2． 穿透電流ICEO：IC??IB?(1??)ICBO??IB?ICEO

基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間的電流；

3． 集電結(jié)反向飽和電流ICBO：發(fā)射極開路時(shí)的IB電流； 4．近似公式：IC??IB，IE?(1??)IB

5． 共射交流電流放大系數(shù)：當(dāng)有輸入動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，???ic ?iB6． 交直流放大系數(shù)之間的近似：若在動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，交流放大系數(shù)基本不變，則有iC?IC??iC??IB?ICEO???iB??(IB??iB)?ICEO因?yàn)橹绷鞣糯笙禂?shù)在線性區(qū)幾乎不變，可以把動(dòng)態(tài)部分看成是直流大小的變化，忽略穿透電流，有：???，放大系數(shù)一般取幾十至一百多倍的管子，太小放大能力不強(qiáng)，太大性能不穩(wěn)定；

7． 共基直流電流放大系數(shù)：??ICN??，??，??

1??IE1???iC，??? ?iE8． 共基交流電流放大系數(shù)：??

1.3.3 晶體管的共射特性曲線

一、輸入特性曲線（圖1.3.5）iB?f(uBE)u的能力有關(guān)。

二、輸出特性曲線（圖1.3.6）iC?f(uCE)IB?常數(shù)CE?常數(shù)，解釋曲線右移原因，與集電區(qū)收集電子

（解釋放大區(qū)曲線幾乎平行于橫軸的原因）

1． 截止區(qū)：發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電壓，集電結(jié)反偏，穿透電流硅1uA，鍺幾十uA；

2． 放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，iB和iC成比例；

3． 飽和區(qū)：雙結(jié)正偏，iB和iC不成比例，臨界飽和或臨界放大狀態(tài)（uCB?0）。

1.3.4 晶體管的主要參數(shù)

一、直流參數(shù)

1． 共射直流電流系數(shù)? 2． 共基直流電流放大系數(shù)? 3． 極間反向電流ICBO

二、交流參數(shù) 1． 共射交流電流放大系數(shù)? 2． 共基交流電流放大系數(shù)?

3． 特征頻率fT：使?下降到1的信號(hào)頻率。

三、極限參數(shù)（圖1.3.7）

1． 最大集電極耗散功率PCM；

2． 最大集電極電流ICM：使?明顯減小的集電極電流值；

3． 極間反向擊穿電壓：晶體管的某一電極開路時(shí)，另外兩個(gè)電極間所允許加的最高反向電壓，UCBO幾十伏到上千伏、UCEO、UEBO幾伏以下。

UCBO?UCEX?UCES?UCER?UCEO

1.3.5 溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響

一、溫度對(duì)ICBO影響：每升高10度，電流增加一倍，硅管的ICBO要小一些。

二、溫度對(duì)輸入特性的影響：（圖1.3.8）與二極管伏安特性相似。溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移，室溫時(shí)，每升高1度，發(fā)射結(jié)正向壓降減小2～2.5mV。

三、溫度對(duì)輸出特性的影響：（圖1.3.9）溫度升高?變大。

四、兩個(gè)例題

1.3.6 光電三極管

一、構(gòu)造：（圖1.3.10）

二、光電三極管的輸出特性曲線與普通三極管類似（圖1.3.11）

三、暗電流：ICEO無光照時(shí)的集電極電流，比光電二極管的大，且每上升25度，電流上升10倍；

四、光電流：有光照時(shí)的集電極電流。

1.4 場效應(yīng)管

1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管 1.4.2 絕緣柵型場效應(yīng)管

一、N溝道增強(qiáng)型MOS管（圖1.4.7）

1． 結(jié)構(gòu)：襯底低摻雜P，擴(kuò)散高摻雜N區(qū)，金屬鋁作為柵極； 2． 工作原理：

(1)柵源不加電壓，不會(huì)有電流；

(2)（圖1.4.8）uDS?0且uGS?0時(shí)，柵極電流為零，形成耗盡層；加大電壓，形成反型層（導(dǎo)電溝道）；開啟電壓UGS(th)；

(3)（圖1.4.9）uGS?UGS(th)為一定值時(shí)，加大uDS，iD線性增大；但uDS的壓降均勻地降落在溝道上，使得溝道沿源－漏方向逐漸變窄；當(dāng)uGD＝UGS(th)時(shí)，為預(yù)夾斷；之后，uDS增大的部分幾乎全部用于克服夾斷區(qū)對(duì)漏極電流的阻力，此時(shí)，對(duì)應(yīng)不同的uGS就有不同的iD，從而可以將iD看為電壓uGSiD出現(xiàn)恒流?？刂频碾娏髟础?/p>

3． 特性曲線與電流方程：(1)特性曲線：（圖1.4.10）轉(zhuǎn)移特性、輸出特性；

?u?(2)電流方程：iD?IDO?GS?1?

?U??GS(th)?

二、N溝道耗盡型MOS管（圖1.4.10）

1． 結(jié)構(gòu)：絕緣層加入大量的正離子，直接形成反型層； 2． 符號(hào)

三、P溝道MOS管：漏源之間加負(fù)壓

四、VMOS管

21.4.3 場效應(yīng)管的主要參數(shù)

一、直流參數(shù)

1． 開啟電壓UGS(th)：是UDS一定時(shí)，使iD大于零所需的最小UGS值；

2． 夾斷電壓UGS(off)：是UDS一定時(shí)，使iD為規(guī)定的微小電流時(shí)的uGS；

3． 飽和漏極電流IDSS：對(duì)于耗盡型管，在UGS＝0情況下，產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流； 4． 直流輸入電阻RGS(DC)：柵源電壓與柵極電流之比，MOS管大于10?。

二、交流參數(shù)

1． 低頻跨導(dǎo)：gm?9?iD?uGS

UDS?常數(shù)2． 極間電容：柵源電容Cgs、柵漏電容Cgd、1～3pF，漏源電容Cds0.1～1pF

三、極限參數(shù)

1． 最大漏極電流IDM：管子正常工作時(shí)，漏極電流的上限值； 2． 擊穿電壓：漏源擊穿電壓U(BR)DS，柵源擊穿電壓U(BR)GS。3． 最大耗散功率PDM：

4． 安全注意：柵源電容很小，容易產(chǎn)生高壓，避免柵極空懸、保證柵源之間的直流通路。

四、例

1.4.4 場效應(yīng)管與晶體管的比較

一、場效應(yīng)管為電壓控制、輸入電阻高、基本不需要輸入電流，晶體管電流控制、需要信號(hào)源提供一定的電流；

二、場效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電、穩(wěn)定性好，晶體管因?yàn)橛猩僮訁⑴c導(dǎo)電，受溫度、輻射等因素影響大；

三、場效應(yīng)管噪聲系數(shù)很??；

四、場效應(yīng)管漏極、源極可以互換，而晶體管很少這樣；

五、場效應(yīng)管比晶體管種類多，靈活性高；

六、場效應(yīng)管應(yīng)用更多。

1.5 單結(jié)晶體管和晶閘管 1.6 集成電路中的元件

第四篇：半導(dǎo)體器件物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式

微電子學(xué)院

《半導(dǎo)體器件實(shí)驗(yàn)》

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)名稱：作者姓名：作者學(xué)號(hào)：同 作 者：實(shí)驗(yàn)日期：

實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下相關(guān)內(nèi)容：

實(shí)驗(yàn)名稱：

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)原理

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

四、實(shí)驗(yàn)方法

五、實(shí)驗(yàn)器材及注意事項(xiàng)

六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果

七、數(shù)據(jù)分析

八、回答問題

實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：

1.使用實(shí)驗(yàn)報(bào)告用紙；

2.每份報(bào)告不少于3頁手寫體，不含封皮和簽字后的實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)部分；

3.必須加裝實(shí)驗(yàn)報(bào)告封皮，本文中第一頁內(nèi)容，打印后填寫相關(guān)信息。

4.實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式為：封皮、內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)。

第五篇：半導(dǎo)體器件原理課程復(fù)習(xí)提綱

《半導(dǎo)體器件原理》課程復(fù)習(xí)提綱

基礎(chǔ)：半導(dǎo)體物理基本概念、物理效應(yīng)，p－n結(jié)。重點(diǎn)：雙極型晶體管、JFET、GaAs MESFET、MOSFET。了解：材料物理參數(shù)、器件直流參數(shù)和頻率參數(shù)的意義。

根據(jù)物理效應(yīng)、重要方程、實(shí)驗(yàn)修正，理解半導(dǎo)體器件工作原理和特性，進(jìn)行器件設(shè)計(jì)、優(yōu)化、仿真與建模。

第一章：半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)

主要內(nèi)容包括半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體能帶、本征載流子濃度、非本征載流子、本征與摻雜半導(dǎo)體、施主與受主、漂移擴(kuò)散模型、載流子輸運(yùn)現(xiàn)象、平衡與非平衡載流子。

半導(dǎo)體物理有關(guān)的基本概念，質(zhì)量作用定律，熱平衡與非平衡、漂移、擴(kuò)散，載流子的注入、產(chǎn)生和復(fù)合過程，描述載流子輸運(yùn)現(xiàn)象的連續(xù)性方程和泊松方程。（紅色部分不作考試要求）第二章：p－n結(jié)

主要內(nèi)容包括熱平衡下的p－n結(jié)，空間電荷區(qū)、耗盡區(qū)（耗盡層）、內(nèi)建電場等概念，p－n結(jié)的瞬態(tài)特性，結(jié)擊穿，異質(zhì)結(jié)與高低結(jié)。

耗盡近似條件，空間電荷區(qū)、耗盡區(qū)（耗盡層）、內(nèi)建電勢等概念，討論pn結(jié)主要以突變結(jié)（包括單邊突變結(jié)）和線性緩變結(jié)為例，電荷分布和電場分布，耗盡區(qū)寬度，勢壘電容和擴(kuò)散電容的概念、定義，直流特性：理想二極管IV方程的推導(dǎo)

對(duì)于考慮產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng)、大注入效應(yīng)、溫度效應(yīng)對(duì)直流伏安特性的簡單修正。PN的瞬態(tài)特性，利用電荷控制模型近似計(jì)算瞬變時(shí)間。結(jié)擊穿機(jī)制主要包括熱電擊穿、隧道擊穿和雪崩擊穿。要求掌握隧道效應(yīng)和碰撞電離雪崩倍增的概念，雪崩擊穿條件，雪崩擊穿電壓、臨界擊穿電場及穿通電壓的概念，異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)及概念，異質(zhì)結(jié)的輸運(yùn)電流模型。高低結(jié)的特性。（紅色部分不作考試要求）

第三章：雙極型晶體管

主要內(nèi)容包括基本原理，直流特性，頻率響應(yīng)，開關(guān)特性，異質(zhì)結(jié)晶體管。

晶體管放大原理，端電流的組成，電流增益的概念以及提高電流增益的原則和方法。理性晶體管的伏安特性，工作狀態(tài)的判定，輸入輸出特性曲線分析，對(duì)理想特性的簡單修正，緩變基區(qū)的少子分布計(jì)算，基區(qū)擴(kuò)展電阻和發(fā)射極電流集邊效應(yīng)，基區(qū)寬度調(diào)制，基區(qū)展寬效應(yīng)，雪崩倍增效應(yīng)，基區(qū)穿通效應(yīng)，產(chǎn)生復(fù)合電流和大注入效應(yīng)，晶體管的物理模型E－M模型和電路模型G－P模型?？鐚?dǎo)和輸入電導(dǎo)參數(shù)，低頻小信號(hào)等效電路和高頻等效電路，頻率參數(shù)，包括共基極截止頻率fα和共射極截止頻率fβ的定義，特征頻率fT的定義，頻率功率的限制，其中少子渡越基區(qū)時(shí)間，提高頻率特性的主要措施。開關(guān)特性的參數(shù)定義，開關(guān)時(shí)間的定義和開關(guān)過程的描述，利用電荷控制方程簡單計(jì)算開關(guān)時(shí)間。開關(guān)晶體管中最重要的參數(shù)是少子壽命。異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)。（紅色部分不作考試要求）第四章：結(jié)型場效應(yīng)晶體管

主要內(nèi)容包括金半接觸，肖特基勢壘二極管，結(jié)型場效應(yīng)晶體管，肖特基柵場效應(yīng)晶體管，異質(zhì)結(jié)MESFET。

金半接觸包括肖特基勢壘接觸和歐姆接觸，肖特基勢壘高度，及它與內(nèi)建電勢的關(guān)系，可以把它看成單邊突變結(jié)進(jìn)行計(jì)算，肖特基效應(yīng)，肖特基勢壘二極管SBD的伏安特性。歐姆接觸以及影響接觸電阻的因素。結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）的工作原理，伏安特性，使用緩變溝道近似模型等理想條件，伏安特性分為線性區(qū)和飽和區(qū)，分別定義了溝道電導(dǎo)（漏電導(dǎo)）和跨導(dǎo)。輸出特性和轉(zhuǎn)移特性曲線，直流參數(shù)，包括夾斷電壓VP，飽和漏極電流IDSS，溝道電阻，漏源擊穿電壓BVDS的定義及計(jì)算。簡單理論的修正，利用電荷控制法分析溝道雜質(zhì)任意分布對(duì)器件伏安特性的影響，高場遷移率對(duì)器件伏安特性的影響。交流小信號(hào)等效電路和高頻等效電路，頻率參數(shù)，特征（截止）頻率fT的定義及計(jì)算，最高振蕩頻率fm的定義。肖特基柵場效應(yīng)晶體管（MESFET）的工作原理與JFET相同，只不過用肖特基勢壘代替pn結(jié)，MESFET的分類，伏安特性，溝道電導(dǎo)（漏電導(dǎo)）和跨導(dǎo)的概念，夾斷電壓和閾值電壓的概念和計(jì)算。交流小信號(hào)等效電路，特征截止頻率的定義，提高M(jìn)ESFET輸出功率的一些主要措施，MESFET的建模，包括I－V、C－V、SPICE模型。異質(zhì)結(jié)MESFET。（紅色部分不作考試要求）

第五章：MOS器件

主要內(nèi)容包括MOS結(jié)構(gòu)，MOS二極管，MOS場效應(yīng)晶體管

MOS器件與雙極晶體管的比較。

MOS結(jié)構(gòu)基本理論，平帶電壓VFB，表面勢，費(fèi)米勢的定義，表面狀態(tài)出現(xiàn)平帶、積累、耗盡反型情況。MOS器件表面強(qiáng)反型的判定條件。MOSFET的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，分類。閾值電壓的定義及計(jì)算。直流伏安特性方程，弱反型（亞閾值）區(qū)的伏安特性，輸出特性和轉(zhuǎn)移特性曲線，直流參數(shù)，包括飽和漏源電流IDSS，截止漏電流，導(dǎo)通電阻，導(dǎo)電因子。交流小信號(hào)等效電路和高頻等效電路，低頻小信號(hào)參數(shù)，包括柵跨導(dǎo)的定義，以及柵源電壓、漏源電壓和串聯(lián)電阻RS、RD對(duì)跨導(dǎo)的影響，提高跨導(dǎo)（增大β因子）的方法；襯底跨導(dǎo)，非飽和區(qū)漏電導(dǎo)，飽和區(qū)漏電導(dǎo)不為零主要由于溝道長度調(diào)制效應(yīng)和漏感應(yīng)源勢壘降低效應(yīng)（DIBL效應(yīng)）。頻率特性主要掌握跨導(dǎo)截止頻率ωgm和特征截止頻率fT的定義，以及提高頻率特性的途徑。了解MOSFET的功率特性（高頻功率增益、輸出功率和耗散功率）和功率結(jié)構(gòu)，以及擊穿特性的主要擊穿機(jī)理：漏源擊穿（漏襯底雪崩擊穿、溝道雪崩擊穿和勢壘穿通）和柵絕緣層擊穿。

開關(guān)特性，主要以CMOS倒相器為例，開關(guān)時(shí)間的定義及簡單計(jì)算，包括截止關(guān)閉時(shí)間和導(dǎo)通開啟時(shí)間，開關(guān)過程的簡單描述。溫度特性主要掌握遷移率和閾值電壓與溫度的關(guān)系。

短溝道效應(yīng)（SCE）和窄溝道效應(yīng)（NWE）。速度飽和效應(yīng)對(duì)漏特

性及跨導(dǎo)的影響。熱載流子效應(yīng)（HCE），造成器件的長期可靠性問題。短溝道MOSFET，MOS保持長溝道特性的兩個(gè)判定標(biāo)準(zhǔn)。具有長溝道特性的最小溝道長度的經(jīng)驗(yàn)公式。器件小型化的規(guī)則，以及按比例縮小存在一定的限制。第六章：新型半導(dǎo)體器件簡介

主要內(nèi)容包括現(xiàn)代MOS器件，CCD器件，存儲(chǔ)器件，納米器件，功率器件，微波器件，光電子器件，量子器件等。（紅色部分不作考試要求）