电子科技大学《微电子器件》课程重点与难点

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1、重点与难点 第1章半导体器件基本方程一般来说要从原始形式的半导体器件基本方程出发来求解析解是极其困难的，通常需要先对方程在一定的具体条件下采用某些假设来加以简化，然后再来求其近似解。随着半导体器件的尺寸不断缩小，建立新解析模型的工作也越来越困难，一些假设受到了更大的限制并变得更为复杂。简化的原则是既要使计算变得容易，又要能保证达到足够的精确度。如果把计算的容易度与精确度的乘积作为优值的话，那么从某种意义上来说，对半导体器件的分析问题，就是不断地寻找具有更高优值的简化方法。要向学生反复解释，任何方法都是近似的，关键是看其精确程度和

2、难易程度。此外，有些近似方法在某些条件下能够采用，但在另外的条件下就不能采用，这会在后面的内容中具体体现出来。 第2章PN结第2.1节PN结的平衡状态本节的重点是PN结空间电荷区的形成、内建电势的推导与计算、耗尽区宽度的推导与计算。本节的难点是对耗尽近似的理解。要向学生强调多子浓度与少子浓度相差极其巨大，从而有助于理解耗尽近似的概念，即所谓耗尽，是指“耗尽区”中的载流子浓度与平衡多子浓度或掺杂浓度相比可以忽略。第2.2节PN结的直流电流电压方程本节的重点是对PN结扩散电流的推导。讲课时应该先作定性介绍，让学生先在大脑中建立起物理

3、图象，然后再作定量的数学推导。当PN结上无外加电压时，多子的扩散趋势正好被高度为qVbi的势垒所阻挡，电流为零。外加正向电压时，降低了的势垒无法阻止载流子的扩散，于是构成了流过PN结的正向电流。正向电流的电荷来源是P区空穴和N区电子，它们都是多子，所以正向电流很大。外加反向电压时，由于势垒增高，多子的扩散变得更困难。应当注意，“势垒增高”是对多子而言的，对各区的少子来说，情况恰好相反，它们遇到了更深的势阱，因此反而更容易被拉到对方区域去，从而构成流过PN结的反向电流。反向电流的电荷来源是少子，所以反向电流很小。本节的难点是对有外

4、加电压时势垒区两旁载流子的运动方式的理解、以及电子（空穴）电流向空穴（电子）电流的转化。第2.3节准费米能级与大注入效应本节的重点是PN结在外加正向电压和反向电压时的能带图、大注入条件及大注入条件下的PN结电流公式。本节的难点是大注入条件下自建场的形成原因。要向学生说明，大注入自建场的推导与前面进行过的非均匀掺杂内建场的推导在本质上是相同的，都是令多子电流密度方程为零而解出电场，这也是分析微电子器件时的一种常用方法。第2.4节PN结的击穿本节的重点是利用雪崩击穿临界电场和通过查曲线来求得雪崩击穿电压的方法，以及PN结的实际结构（

5、高阻区的厚度和结深）对击穿电压的影响，这些都是实际工程中的常见问题。本节的难点是雪崩倍增因子与碰撞电离率之间关系的数学推导。在讲课时可以将对碰撞电离率的简化移到推导过程的较前处，这样既显著简化了推导过程，又不会影响所得的结果。对于有能力的学生可以鼓励他们看懂教材上的推导过程。本节的另一个难点是对雪崩击穿条件的理解。根据雪崩击穿条件，当电离率积分趋于1时雪崩倍增因子趋于无穷大，此时发生雪崩击穿。但是电离率积分趋于1意味着每个载流子通过耗尽区时只产生一对电子空穴对，这怎么会使电流趋于无穷大呢？答案是每对新的电子空穴对在通过耗尽区时又

6、会产生一对电子空穴对，从而使载流子无限地增加下去。本节的第三个难点是对雪崩击穿临界电场的理解。这个临界电场并不是从物理概念推导出来的，而是根据碰撞电离率强烈地依赖于电场强度的事实而引入的。第2.5节PN结的势垒电容本节的重点是PN结势垒电容的物理意义、势垒电容的定义和突变结与线性缓变结势垒电容的计算。要特别说明的是，虽然PN结势垒电容有与平行板电容器相同的计算公式，但由于势垒区的厚度是随偏压而变的，所以势垒电容的值也将随偏压而变，是偏压的函数。本节的难点是对实际扩散结的势垒电容的计算。第2.6节PN结的交流小信号特性与扩散电容本

7、节的重点是PN结扩散电容的物理意义、小信号电导和扩散电容的计算。应该通过将势垒电容和扩散电容在各个方面进行比较，特别是这两种电容的物理意义的比较，使学生充分理解这两种电容的本质区别。扩散电容上的电荷是储存在中性区的非平衡载流子电荷，这一点是容易理解的。但是学生常常误认为扩散电容上的成对的正负电荷是位于PN结两侧的非平衡少子电荷。实际上成对的正负电荷应该是位于PN结同侧的非平衡少子电荷和非平衡多子电荷。本节的难点是PN结小信号交流电流的推导过程，一定要在推导之前先将推导的思路清晰地告诉学生。第2.7节PN结的开关特性本节的重点是P

8、N结的瞬态开关特性，其中最重要的知识点是为什么在反向恢复期间会出现一个很大的反向电流。已知PN结反向电流的电荷来源是少子，所以反向电流应该极其微小。但在反向恢复过程中，却会出现一个很大的反向电流。这是因为正向期间存储在中性区内的大量非平衡少子电荷充当了反向电流的