微电子概念的几个问题

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1、对于微电子专业的研究生，一定要弄清楚若干重要概念的“为什么”。（1）为什么半导体中数量很小的少数载流子可能会起很大的作用？（2）对于半导体：①提高n型半导体的施主掺入浓度，问：电子浓度和空穴浓度分别是增加还是减小？为什么？②提高半导体的掺杂浓度，问：半导体元器件的最高工作温度是增大还是降低？为什么？ （3）对于图中的(a)、(b)、(c)、(d)几种半导体：①分别处于什么状态（热平衡状态还是非平衡状态）？②其中的掺杂浓度分别均匀与否？③分别是否存在电场（若存在的话，是内建电场还是外加电场）？   （4）对于理想的

2、p-n结：①比较通过p-n结和p+-n+结的正向电流的大小；②比较通过p-n结和p+-n+结的反向电流的大小；③比较通过p-n结和p+-n-结的正向电流成分；④比较通过p-n结和p+-n-结的反向电流成分；⑤温度升高时，正向电压和正向电流分别是增大还是减小？反向电流是增大还是减小？ （5）为什么通过p-n结的正向电流随着正向电压的升高而指数函数式增大？（6）为什么BJT的很小基极电流，可以输出很大的集电极电流？（7）对于npn-BJT：①减小基区宽度的主要好处和坏处分别有哪些？②增大基区掺杂浓度的主要好处和坏处分

3、别有哪些？ （8）对于在沟道夹断状态下工作的增强型n-MOSFET：①增大源-漏电压，问：输出源-漏电流是增大还是减小？②增大栅-源电压，问：输出源-漏电流是增大还是减小？③增大衬偏电压，问：输出源-漏电流是增大还是减小？ ——————————————————————答案——（1）主要有三个方面的原因：①虽然少数载流子的数量很小，但是由于它们可以形成很大的浓度梯度，则能够产生很大的扩散电流（有可能大于多数载流子的漂移电流）；pn结以及双极型器件的工作电流（不管是大的正向电流、还是小的反向电流）就都是少数载流子电流

4、。②少数载流子浓度与温度具有指数函数的关系，当温度升高时，将很快增多，从而会对器件的性能（例如pn结反向饱和电流）及其稳定性产生很大的影响。③注入（小注入）到半导体中的非平衡载流子主要是少数载流子，而非平衡载流子的产生、复合及其运动，是微电子器件和光电子器件工作的基础。正因为少数载流子对半导体器件可以起很大的作用，所以关系到少数载流子基本特性的参量——寿命和扩散系数，也就自然会对半导体器件的性能具有很大的影响。（2）对于半导体：①根据载流子的热平衡条件，提高n型半导体的施主掺入浓度，则电子浓度增大，空穴浓度减小；

5、②提高半导体的掺杂浓度，则半导体元器件的最高工作温度升高，因为本征化的温度（电子浓度=空穴浓度时的温度）升高了的缘故。 （3）对于图（a）：Fermi能级拉平→热平衡状态；导带底和价带顶倾斜→存在电场；导带底或者价带顶与Fermi能级的距离各点不同→掺杂浓度不同，即是掺杂不均匀的半导体→内建电场。这说明：热平衡半导体中也可以存在电场！对于图（b）：Fermi能级倾斜→非平衡状态（有外加作用）；导带底和价带顶倾斜→存在电场；导带底或者价带顶与Fermi能级的距离各点相同→半导体的掺杂均匀→无内建电场，则有外加电场。

6、实际上，这时只有准Fermi能级概念。对于图（c）：Fermi能级拉平→热平衡状态；导带底和价带顶波动→局部区域存在电场；导带底或者价带顶与Fermi能级的距离各点不同→局部掺杂不均匀→局部区域的内建电场。对于图（d）：Fermi能级倾斜→非平衡状态（有外加作用）；导带底和价带顶波动→局部区域存在电场；导带底或者价带顶与Fermi能级的距离各点不同→局部掺杂不均匀→局部区域的内建电场。因此，这是既有内建电场，又有外加电场。（4）对于理想的p-n结：①通过p+-n+结的正向电流要小于p-n结的正向电流（因为掺杂浓度

7、越高，势垒就越高，则通过的电流就越小[在没有隧道电流发生时]）；②通过p+-n+结的反向电流也要小于p-n结的反向电流（原因同正向电流）；③通过p-n结的正向电流成分是电子的扩散电流和空穴的扩散电流两种，通过p+-n-结的电流成分主要是空穴的扩散电流；④通过p-n结和p+-n-结的反向电流成分主要是电子的反向扩散电流和空穴的反向扩散电流两种，通过p+-n-结的反向电流成分主要是空穴的反向扩散电流；⑤温度升高时，正向电压减小，正向电流增大，反向电流也增大。（5）p-n结的势垒高度与电压成正比，而越过势垒的载流子浓度

8、与势垒高度遵从Boltzmann分布的关系，即能够越过势垒的载流子浓度与势垒高度有指数函数的关系。因此，随着正向电压的增大，势垒高度降低，则越过势垒的载流子数量指数式增大，从而这些载流子扩散所产生的正向电流也就指数式地升高。（注意：p-n结的反向电流不是这样，因为反向电流不是越过p-n结势垒的载流子的扩散电流）。（6）BJT是电流控制器件，即很小的基极电流可以控制很大的集