半导体专业实验补充silvaco器件仿真
实验2 PN结二极管特性仿真
1、实验内容
（1）PN结穿通二极管正向I-V特性、反向击穿特性、反向恢复特性等仿真。
（2）结构和参数：PN结穿通二极管的结构如图1所示，两端高掺杂，n-为耐压层，低掺杂，具体参数：器件宽度4μm，器件长度20μm，耐压层厚度16μm，p+区厚度2μm，n+区厚度2μm。掺杂浓度：p+区浓度为1×1019cm-3，n+区浓度为1×1019cm-3，耐压层参考浓度为5×1015 cm-3。
图1 普通耐压层功率二极管结构
2、实验要求
（1）掌握器件工艺仿真和电气性能仿真程序的设计
（2）掌握普通耐压层击穿电压与耐压层厚度、浓度的关系。
3、实验过程
#启动Athena
go athena
#器件结构网格划分；
line x loc=0.0 spac= 0.4
line x loc=4.0 spac= 0.4
line y loc=0.0 spac=0.5
line y loc=2.0 spac=0.1
line y loc=10 spac=0.5
line y loc=18 spac=0.1
line y loc=20 spac=0.5
#初始化Si衬底；
init silicon c.phos=5e15 orientation=100 two.d
#沉积铝；
deposit alum thick=1.1 div=10
#电极设置
electrode name=anode x=1
electrode name=cathode backside
#输出结构图
structure outf=cb0.str
tonyplot cb0.str
#启动Atlas
go atlas
#结构描述
doping p.type conc=1e20 x.min=0.0 x.max=4.0 y.min=0 y.max=2.0 uniform
doping n.type conc=1e20 x.min=0.0 x.max=4.0 y.min=18 y.max=20.0 uniform
#选择模型和参数
models cvt srh print
method carriers=2
impact selb
#选择求解数值方法
method newton
#求解
solve init
log outf=cb02.log
solve vanode=0.03
solve vanode=0.1 vstep=0.1 vfinal=5 name=anode
#画出IV特性曲线
tonyplot cb02.log
#退出
quit
图2为普通耐压层功率二极管的仿真结构。正向I-V特性曲线如图3所示，导通电压接近0.8V。
图2 普通耐压层功率二极管的仿真结构
图3 普通耐压层功率二极管的正向I-V特性曲线
运用雪崩击穿的碰撞电离模型，加反向偏压，刚开始步长小一点，然后逐渐加大步长。solve vanode=-0.1 vstep=-0.1 vfinal=-5 name=anode
solve vanode=-5.5 vstep=-0.5 vfinal=-20 name=anode
solve vanode=-22 vstep=-2 vfinal=-40 name=anode
solve vanode=-45 vstep=-5 vfinal=-240 name=anode
求解二极管反向IV特性，图4为该二极管的反向I-V特性曲线。击穿时的纵向电场分布如图5
所示，最大电场在结界面处，约为2.5×105V?cm-1，在耐压层中线性减小到80000 V?cm-1。
图4 普通耐压层功率二极管的反向I-V特性曲线
图5 普通耐压层功率二极管击穿时的电场分布
导通的二极管突加反向电压, 需要经过一段时间才能恢复反向阻断能力。电路图如图6所示。设t= 0 前电路已处于稳态，I d= I f0。t= 0 时，开关K 闭合，二极管从导通向截止过渡。在一段时间内，电流I d以d i0/ d t = - Ur/ L 的速率下降。在一段时间内电流I d会变成负值再逐渐恢复到零。仿真时先对器件施加一个1V的正向偏压，然后迅速改变电压给它施加一个反向电压增大到2V。
solve vanode=1
log outf=cj2_1.log
solve vcathode=2.0 ramptime=2.0e-8 tstop=5.0e-7 tstep=1.0e-10
反向恢复特性仿真时，也可以采用如图7的基本电路，其基本原理为：在初始时刻，电阻R1的值很小，电阻R2的值很大，例如可设R1为1×10-3Ω，R2为1×106Ω；电感L1可设为3nH；电压源及电流源也分别给定一个初始定值v1，i1；那么由于R2远大于R1，则根据KCL可知，电流i1主要经过R1支路，即i1的绝大部分电流稳定的流过二极管，二极管正向导通，而R2支路几乎断路，没有电路流过。然后，在短暂的时间内，使电阻R2的阻值骤降。此时，电阻器R2作为一个阻源，其阻值在极短的时间间隔内以指数形式从1×106Ω下降到1×10-3Ω。这一过程本质上是使与其并联的连在二极管阳极的电流源i1短路，这样电流i1几乎全部从R2支路流过，而二极管支路就没有i1的分流，此刻电压源v1开始起作用，二极管两端就被施加了反偏电压，由于这些过程都在很短的时间内完成，因而能够很好的实现二极管反向恢复特性的
模拟。反向恢复特性仿真图如图8所示，PN结功率二极管的反向恢复时间约为50ns。
图6 反向恢复特性测试原理电路图
二极管
独立电压源V1
图7 二极管反向恢复特性模拟电路图
图8 器件反向恢复特性曲线
实验3 PN结终端技术仿真
1、实验内容
由于PN结在表面的曲率效应，使表面的最大电场常大于体内的最大电场，器件的表面易击穿，采用终端技术可使表面最大电场减小，提高表面击穿电压。场限环和场板是功率器件中常用的两种终端技术。
场限环技术是目前功率器件中被大量使用的一种终端技术。其基本原理是在主结表面和衬底之间加反偏电压后，主结的PN结在反向偏压下形成耗尽层，并随着反向偏置电压的增加而增加。当偏置电压增加到一定值是，主结的耗尽层达到环上，如图1所示，这样就会使得有一部分电压有场环分担，将主结的电场的值限制在临界击穿电压以内，这将显著的减小主结耗尽区的曲率，从而增加击穿电压。
图1 场限环
场板结构在功率器件中被广泛应用。场板结构与普通PN结的区别在于场板结构中PN 区引线电极横向延伸到PN区外适当的距离。而普通PN结的P区引线电极的横向宽度一般不超过P扩散区的横向尺寸。PN结反向工作时，P区相对于N型衬底加负电位。如果场板下边的二氧化硅层足够厚，则这个电场将半导体表面的载流子排斥到体内，使之表面呈现出载流子的耗尽状态，如图2所示，就使得在同样电压作用下，表面耗尽层展宽，电场减小，击穿电压得到提高。
2、实验要求
（1）场限环特性仿真
场限环：击穿电压200V，设计3个环，环的宽度依次为6、5、5、5μm，间距为4、5、6μm, 外延层浓度为1×1015 cm-3，观察表面电场。
（2）场板特性仿真
场板：氧化层厚度1μm，结深1μm，场板长度分别为0μm、2μm、4μm、6μm、8μm、10μm，外延层浓度为1×1015 cm-3，观察表面电场。
图2 场板
3、场板的应用实例：场板对大功率GaN HEMT击穿电压的影响
（1）内容
（a）GaN HEMT的工作机理、击穿特性刻画以及对场板结构的GaN HEMT击穿特性的进行仿真分析。
（b）结构和参数：场板结构的GaN HEMT的结构尺寸及掺杂浓度如图3所示。
图3 场板结构的大功率GaN HEMT
(2) 要求
（a）掌握定义一个完整半导体器件结构的步骤，并能对其电性能进行仿真研究。（b）理解场板技术对器件击穿电压提高的作用原理并能结合仿真结果给出初步分析。（3）实验过程
#启动internal，定义结构参数
# 场板长度从1um增大到2.25um，步长为0.25um，通过改变l 取值来改变场板长度set l= 1.0
# drain-gate distance
set Ldg=5.1
# field plate thickness
set t=1.77355
# AlGaN composition fraction
set xc=0.295
# set trap lifetime
set lt=1e-7
set light=1e-5
# mesh locations based on field plate geometry
set xl=0.9 + $l
set xd=0.9 + $Ldg
set y1= 0.3 + $t
set y2= $y1 + 0.02
set y3= $y2 + 0.04
set y4= $y2 + 0.18
# 启动二维器件仿真器
go atlas
mesh width=1000
# 网格结构
x.m l=0.0 s=0.1
x.m l=0.05 s=0.05
x.m l=0.5 s=0.05
x.m l=0.9 s=0.025
x.m l=(0.9+$xl)/2 s=0.05
x.m l=$xl s=0.025
x.m l=($xl+$xd)/2 s=0.25
x.m l=$xd-0.05 s=0.05
x.m l=$xd s=0.05
#
y.m l=0.0 s=0.1000
y.m l=0.3 s=0.1000
y.m l=$y1 s=0.0020
y.m l=$y2 s=0.0020
y.m l=$y3 s=0.0100
y.m l=$y4 s=0.0500
# device structure
# POLAR.SCALE is chosen to match calibrated values
# of 2DEG charge concentration
region num=1 mat=SiN y.min=0 y.max=$y1
region num=2 mat=AlGaN y.min=$y1 y.max=$y2 donors=1e16 https://www.sodocs.net/doc/ca1800009.html,p=$xc polar calc.strain polar.scale=-0.5
region num=3 mat=GaN y.min=$y2 y.max=$y4 donors=1e15 polar calc.strain polar.scale=-0.5
#
elect name=source x.max=0 y.min=$y1 y.max=$y3
elect name=drain x.min=6.0 y.min=$y1 y.max=$y3
elect name=gate x.min=0.5 x.max=0.9 y.min=0.3 y.max=$y1
elect name=gate x.min=0.5 x.max=$xl y.min=0.3 y.max=0.3
#
doping gaussian characteristic=0.01 conc=1e18 n.type x.left=0.0 \
x.right=0.05 y.top=$y1 y.bottom=$y3 https://www.sodocs.net/doc/ca1800009.html,teral=0.01 direction=y doping gaussian characteristic=0.01 conc=1e18 n.type x.left=$xd-0.05 \
x.right=$xd y.top=$y1 y.bottom=$y3 https://www.sodocs.net/doc/ca1800009.html,teral=0.01 direction=y
###################################################################
# KM parameter set
###################################################################
material material=GaN eg300=3.4 align=0.8 permitt=9.5 \
mun=900 mup=10 vsatn=2e7 nc300=1.07e18 nv300=1.16e19 \
real.index=2.67 imag.index=0.001 \
taun0=$lt taup0=$lt
material material=AlGaN affinity=3.82 eg300=3.96 align=0.8 permitt=9.5 \
mun=600 mup=10 nc300=2.07e18 nv300=1.16e19 \
real.index=2.5 imag.index=0.001 \
taun0=$lt taup0=$lt
###################################################################
model print fermi fldmob srh
impact material=GaN selb an1=2.9e8 an2=2.9e8 bn1=3.4e7 bn2=3.4e7 \
ap1=2.9e8 ap2=2.9e8 bp1=3.4e7 bp2=3.4e7
#
contact name=gate work=5.23
# 人为引进光照以利于实现阻断状态下仿真收敛，这是仿真研究击穿的常用手段
beam number=1 x.o=0 y.o=$y4+0.1 angle=270 wavelength=0.3
#
output con.band val.band band.param charge e.mob h.mob flowlines qss
# IdVg特性求解
solve
log outf=ganfetex02_0.log
solve vdrain=0.05
solve vstep=-0.2 vfinal=-2 name=gate
solve vstep=-0.1 vfinal=-4 name=gate
log off
save outfile=ganfetex02_0.str
extract init infile="ganfetex02_0.log"
extract name="Vpinchoff" xintercept(maxslope(curve(v."gate",i."drain")))
# IdVd击穿曲线
method autonr gcarr.itlimit=10 clim.dd=1e3 clim.eb=1e3 nblockit=25
solve init
# turn on optical source to help initiate breakdown
# # 人为引进光照以利于实现阻断状态下仿真收敛
solve b1=$light index.check
#
solve nsteps=10 vfinal=$Vpinchoff name=gate b1=$light
log outf=ganfetex02_$'index'.log
solve vstep=0.1 vfinal=1 name=drain b1=$light
solve vstep=1 vfinal=10 name=drain b1=$light
solve vstep=2 vfinal=20 name=drain b1=$light
solve vstep=5 vfinal=1200 name=drain b1=$light cname=drain compl=0.5
# change to current contact to resolve breakdown
contact name=drain current
solve
solve imult istep=1.1 ifinal=1 name=drain
#
save outfile=ganfetex02_$'index'.str
#
extract init infile="ganfetex02_1$'index'.log"
extract name="a" slope(maxslope(curve(i."drain",v."drain")))
extract name="b" xintercept(maxslope(curve(i."drain",v."drain")))
extract name="Vdmax" max(curve(i."drain",v."drain"))
extract name="Idmax" x.val from curve(i."drain",v."drain") where y.val=$Vdmax
extract name="Vd1" $Vdmax - 20
extract name="Id1" y.val from curve(v."drain",i."drain") where x.val=$Vd1
extract name="c" grad from curve(v."drain",i."drain") where x.val=$Vdmax
extract name="d" $Idmax - $c*$Vdmax
extract name="Vbr" ($b - $d)/($c - (1/$a))
extract name="Is" $b + $Vbr/$a
tonyplot ganfetex02_1.str ganfetex02_2.str ganfetex02_3.str ganfetex02_4.str ganfetex02_5.str ganfetex02_6.str -set ganfetex02_1.set
tonyplot -overlay ganfetex02_1.log ganfetex02_2.log ganfetex02_3.log ganfetex02_4.log ganfetex02_5.log ganfetex02_6.log -set ganfetex02_0.set
quit
图4-9为不同场板长度下半导体层中碰撞离化率的分布图。正向I-V特性曲线如图5所示，导通电压接近0.8V。
图4 场板长度L=1um的沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图5 场板长度L=1.25um的沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图6 场板长度L=1.5um的沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图7 场板长度L=1.75um的沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图8场板长度L=2um的沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图9 场板长度L=2.25um的沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图10-12是半导体中电场强度分布随场板长度的变化。
1
2
3
4
5
6
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
E l e c t r i c
F i e l d (V /m )
L(um)
图10 不同场板长度的沟道中总电场分布
1
2
3
4
5
6
-5000000
-4000000
-3000000
-2000000
-1000000
E F i e l d X (V /m )
L(um)
图11 不同场板长度的沟道中X 电场分布
1
2
3
4
5
6
-4000000
-3000000
-2000000
-1000000
1000000
2000000
E F i e l d Y (V /m )
L(um)
图12 不同场板长度的沟道中Y 电场分布
图13是Id-Vd 击穿曲线，可以清楚看到击穿电压从l=1um 时的300V 左右增大了l=2.25um 时的800V 以上。
图13 不同长度的场板在关断情况下的输出I-V 特性
通过对电场分布和碰撞离化率分布的分析知道，场板变长一方面会减弱漏端电场峰值，但另一方面也使发生碰撞离化的区域增大，所以这种构型的场板不是越长越好。
实验4 短沟道MOS晶体管特性仿真
1、实验内容
（1）短沟道LDD-MOS晶体管结构定义。
（2）转移特性、输出特性。
（3）结构和参数：器件结构下图所示，宽度1.2μm，衬底为P型、厚度0.8μm、浓度1×1014 cm-3、晶向<100>，栅氧化层厚度13nm，栅为n+掺杂多晶硅。
0 W
p+ n- n+
图1 普通耐压层功率二极管结构
2、实验要求
（1）掌握器件工艺仿真和电气性能仿真程序的设计
（2）改变表面浓度，改变栅氧化层厚度，观察阈值电压变化。
3、实验过程
#启动Athena
go athena
#器件结构网格划分；
line x loc=0.0 spac=0.1
line x loc=0.2 spac=0.006
line x loc=0.4 spac=0.006
line x loc=0.6 spac=0.01
line y loc=0.0 spac=0.002
line y loc=0.2 spac=0.005
line y loc=0.5 spac=0.05
line y loc=0.8 spac=0.15
(建议定义左边一半)
#初始化；
#栅氧化，干氧11分钟，温度950.
diffus time=11 temp=950 dryo2 press=1.00 hcl.pc=3
提取栅氧化层厚度，extract name=”Gateoxide”thickness material=”Sio-2”mat.occno=1 x.val=0.3
#阈值电压调整；
implant boron dose=9.5e11 energy=10 crystal
提取表面浓度
#淀积多晶硅；
depo poly thick=0.2 divi=10
#定义多晶硅栅
etch poly left p1.x=0.35
#多晶硅氧化，湿氧，900度，3分钟；
method fermi compress
diffuse time=3 temp=900 weto2 press=1.0
#多晶硅掺杂
implant phosphor dose=3.0e13 energy=20 crystal
#侧墙的形成
淀积氧化层：depo oxide thick=0.12 divisions=10
干法刻蚀：etch oxide dry thick=0.12
#源漏砷注入，快速退火
implant arsenic dose=5.0e15 energy=50 crystal
method fermi
diffuse time=1 temp=900 nitro press=1.0
#金属化
etch oxide left p1.x=0.2
deposit alumin thick=0.03 divi=2
etch alumin right p1.x=0.18
#提取器件参数：结深，源漏方块电阻，侧墙下的方块电阻，阈值电压
# extract final S/D Xj
extract name="nxj" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=1
# extract the N++ regions sheet resistance
extract name="n++ sheet rho" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.05 region.occno=1
# extract the sheet rho under the spacer, of the LDD region
extract name="ldd sheet rho" sheet.res material="Silicon" \
mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1
# extract the surface conc under the channel.
extract name="chan surf conc" surf.conc impurity="Net Doping" \
material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.45
# extract a curve of conductance versus bias.
extract start material="Polysilicon" mat.occno=1 \
bias=0.0 bias.step=0.2 bias.stop=2 x.val=0.45
extract done name="sheet cond v bias" \
curve(bias,1dn.conduct material="Silicon" mat.occno=1 region.occno=1)\ outfile="extract.dat"
# extract the long chan Vt
extract name="n1dvt" 1dvt ntype vb=0.0 qss=1e10 x.val=0.49
#右边结构生成
structure mirror right
#设置电极
electrode name=gate x=0.5 y=0.1
electrode name=source x=0.1
electrode name=drain x=1.1
electrode name=substrate backside
#输出结构图
structure outfile=mos1ex01_0.str
tonyplot mos1ex01_0.str
(每一道工艺定义后，都需要输出/画出结构图)
#启动器件仿真器
go atlas
# 设置模型
models cvt srh print
#设置界面电荷
contact name=gate n.poly
interface qf=3e10
#设置迭代模型
method newton
#解初始化
solve init
#设置漏极电压0.1V
solve vdrain=0.1
# Ramp the gate
log outf=mos1ex01_1.log master
#对栅极电压扫描
solve vgate=0 vstep=0.25 vfinal=3.0 name=gate
save outf=mos1ex01_1.str
# 画出转移特性曲线
tonyplot mos1ex01_1.log -set mos1ex01_1_log.set
# 提取器件参数
extract name="nvt" (xintercept(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) \ - abs(ave(v."drain"))/2.0)
extract name="nbeta" slope(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) \ * (1.0/abs(ave(v."drain")))
extract name="ntheta" ((max(abs(v."drain")) * $"nbeta")/max(abs(i."drain"))) \ - (1.0 / (max(abs(v."gate")) - ($"nvt")))
#对不同的Vg，求Id与Vds的关系曲线
solve init
solve vgate=1.1 outf=solve_tmp1
solve vgate=2.2 outf=solve_tmp2
solve vgate=3.3 outf=solve_tmp3
solve vgate=5 outf=solve_tmp4
load infile=solve_tmp1
log outf=mos_1.log
solve name=drain vdrain=0 vfinal=3.3 vstep=0.3
load infile=solve_tmp2
log outf=mos_2.log
solve name=drain vdrain=0 vfinal=3.3 vstep=0.3
load infile=solve_tmp3
log outf=mos_3.log
solve name=drain vdrain=0 vfinal=3.3 vstep=0.3
load infile=solve_tmp4
log outf=mos_4.log
solve name=drain vdrain=0 vfinal=3.3 vstep=0.3
#画出转移特性曲线
tonyplot -overlay -st mos_4.log mos_3.log mos_2.log mos_1.log #退出，quit
半导体专业实验补充silvaco器件仿真..
实验2 PN结二极管特性仿真 1、实验内容 （1）PN结穿通二极管正向I-V特性、反向击穿特性、反向恢复特性等仿真。 （2）结构和参数：PN结穿通二极管的结构如图1所示，两端高掺杂，n-为耐压层，低掺杂，具体参数：器件宽度4μm，器件长度20μm，耐压层厚度16μm，p+区厚度2μm，n+区厚度2μm。掺杂浓度：p+区浓度为1×1019cm-3，n+区浓度为1×1019cm-3，耐压层参考浓度为5×1015 cm-3。 图1 普通耐压层功率二极管结构 2、实验要求 （1）掌握器件工艺仿真和电气性能仿真程序的设计 （2）掌握普通耐压层击穿电压与耐压层厚度、浓度的关系。 3、实验过程 #启动Athena go athena #器件结构网格划分； line x loc=0.0 spac= 0.4 line x loc=4.0 spac= 0.4 line y loc=0.0 spac=0.5 line y loc=2.0 spac=0.1 line y loc=10 spac=0.5 line y loc=18 spac=0.1 line y loc=20 spac=0.5 #初始化Si衬底； init silicon c.phos=5e15 orientation=100 two.d #沉积铝； deposit alum thick=1.1 div=10 #电极设置 electrode name=anode x=1 electrode name=cathode backside #输出结构图 structure outf=cb0.str tonyplot cb0.str #启动Atlas go atlas #结构描述
模拟电子技术基础 1章 常用半导体器件题解
第一章 常用半导体器件 自 测 题 一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。 （1）在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P 型半导体。（ ） （2）因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（ ） （3）PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ） （4）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。 （ ） （5）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R G S 大的特点。（ ） （6）若耗尽型N 沟道MOS 管的U G S 大于零，则其输入电阻会明显变小。（ ） 解：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）× 二、选择正确答案填入空内。 （1）PN 结加正向电压时，空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）设二极管的端电压为U ，则二极管的电流方程是 。 A. I S e U B. T U U I e S C. )1e (S －T U U I （3）稳压管的稳压区是其工作在 。 A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿 （4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏 （5）U G S ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管有 。 A. 结型管 B. 增强型MO S 管 C. 耗尽型MOS 管 解：（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C
三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0.7V。 图T1.3 解：U O1≈1.3V，U O2＝0，U O3≈－1.3V，U O4≈2V，U O5≈1.3V， U O6≈－2V。 四、已知稳压管的稳压值U Z＝6V，稳定电流的最小值I Z mi n＝5m A。求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。 图T1.4 解：U O1＝6V，U O2＝5V。
实验六 半导体器件仿真实
实验六半导体器件仿真实验 姓名:林少明专业：微电子学学号11342047 【实验目的】 1、理解半导体器件仿真的原理，掌握Silvaco TCAD 工具器件结构描述流程及特 性仿真流程； 2、理解器件结构参数和工艺参数变化对主要电学特性的影响。 【实验原理】 1. MOSFET 基本工作原理（以增强型NMOSFET 为例）： 图 1 MOSFET 结构图及其夹断特性 当外加栅压为0 时，P 区将N+源漏区隔开，相当于两个背对背PN 结，即使在源漏之间加上一定电压，也只有微小的反向电流，可忽略不计。当栅极加有正向电压时，P 型区表面将出现耗尽层，随着V GS的增加，半导体表面会由耗尽层转为反型。当V GS>V T时，表面就会形成N 型反型沟道。这时，在漏源电压V DS的作用下，沟道中将会有漏源电流通过。当V DS一定时，V GS越高，沟道越厚，沟道电流则越大。
2. MOSFET 转移特性 V DS 恒定时，栅源电压 V GS 和漏源电流 I DS 的关系曲线即是 MOSFET 的转移特性。 对于增强型 NMOSFET ，在一定的 V DS 下， V GS =0 时， I DS =0；只有 V GS >V T 时,才有 I DS >0。图 2 为增强型 NMOSFET 的转移特性曲线。 图 2 增强型 NMOSFET 的转移特性曲线 图中转折点位置处的 V GS （th ） 值为阈值电压。 3. MOSFET 的输出特性 对于 NMOS 器件，可以证明漏源电流： 令n = ox WC L μβ，称β为增益因子。 （1）()DS GS T V V V <<- 由于 V DS 很小，忽略2DS V 项，可得：
半导体器件参数(精)
《党政领导干部选拔任用工作条例》知识测试题（二） 姓名：单位： 职务：得分： 一、填空题（每题1分，共20分）： 1、《党政领导干部选拔任用工作条例》于年月发布。 2、《党政领导干部选拔任用工作条例》是我们党规范选拔任用干部工作的一个重要法规，内容极为丰富，共有章条。 3、干部的四化是指革命化、知识化、年轻化、专业化。 4、，按照干部管理权限履行选拔任用党政领导干部的职责，负责《条例》的组织实施。 5、党政领导班子成员一般应当从后备干部中选拔。 6、民主推荐部门领导，本部门人数较少的，可以由全体人员参加。 7、党政机关部分专业性较强的领导职务实行聘任制△I称微分电阻 RBB---8、政协领导成员候选人的推荐和协商提名，按照RE---政协章程和有关规定办理。 Rs(rs----串联电阻 Rth----热阻 结到环境的热阻
动态电阻 本机关单位或本系统 r δ---衰减电阻 r(th--- Ta---环境温度 Tc---壳温 td---延迟时间 、对决定任用的干部，由党委（党组）指定专人同本人 tg---电路换向关断时间 12 Tj---和不同领导职务的职责要求，全面考察其德能勤绩廉toff---。 tr---上升时间13、民主推荐包括反向恢复时间 ts---存储时间和温度补偿二极管的贮成温度 p---发光峰值波长
△λ η--- 15、考察中了解到的考察对象的表现情况，一般由考察组向VB---反向峰值击穿电压 Vc---整流输入电压 VB2B1---基极间电压 VBE10---发射极与第一基极反向电压 VEB---饱和压降 VFM---最大正向压降（正向峰值电压） 、正向压降（正向直流电压） △政府、断态重复峰值电压 VGT---门极触发电压 VGD---17、人民代表大会的临时党组织、人大常委会党组和人大常委会组成人员及人大代表中的党员，应当认真贯彻党委推荐意见 VGRM---门极反向峰值电压，带头（AV
Silvaco工艺及器件仿真2
4.1.7栅氧厚度的最优化 下面介绍如何使用DECKBUILD中的最优化函数来对栅极氧化厚度进行最优化。假定所测量的栅氧厚度为100?，栅极氧化过程中的扩散温度和偏压均需要进行调整。为了对参数进行最优化，DECKBUILD最优化函数应按如下方法使用： a.依次点击Main control和Optimizer…选项；调用出如图4.15所示的最优化工具。第一个最优化视窗显示了Setup模式下控制参数的表格。我们只改变最大误差参数以便能精确地调整栅极氧化厚度为100?； b.将Maximum Error在criteria一栏中的值从5改为1； c.接下来，我们通过Mode键将Setup模式改为Parameter模式,并定义需要优化参数（图4.16）。 图4.15 DECKBUILD最优化的Setup模式 图4.16 Parameter模式 需要优化的参数是栅极氧化过程中的温度和偏压。为了在最优化工具中对其进行最优化，如图4.17所示，在DECKBUILD窗口中选中栅极氧化这一步骤；
图4.17 选择栅极氧化步骤 d.然后，在Optimizer中，依次点击Edit和Add菜单项。一个名为Deckbuild：Parameter Define的窗口将会弹出，如图4.18所示，列出了所有可能作为参数的项； 图4.18 定义需要优化的参数 e.选中temp=
单片机常用元件-protues仿真
那个按键是keypad-smallcalc。若楼主还需要其他的可以发给你Proteus的这25大类元器件分别为： Analog ICs 模拟IC CMOS 4000 series CMOS 4000系列 Data Converters 数据转换器 Diodes 二极管Electromechanical 机电设备（只有电机模型） Inductors 电感 Laplace Primitives Laplace变换器 Memory ICs 存储器IC Microprocessor ICs 微处理器IC Miscellaneous 杂类（只有电灯和光敏电阻组成的设备） Modelling Primitives 模型基元 Operational Amplifiers 运算放大器 Optoelectronics 光电子器件 Resistors 电阻 Simulator Primitives 仿真基元 Switches & Relays 开关和继电器 Transistors 三极管 TTL 74、74ALS、74AS、74F、74HC、74HCT、74LS、74S series 74系列集成电路
除此之外，你还应熟悉常用器件的英文名称，ANY电子为您列举如下：AND 与门ANTENNA 天线 BATTERY 直流电源（电池）BELL 铃,钟BRIDEG 1 整流桥(二极管) BRIDEG 2 整流桥(集成块) BUFFER 缓冲器 BUZZER 蜂鸣器 CAP 电容 CAPACITOR 电容 CAPACITOR POL 有极性电容 CAPVAR 可调电容 CIRCUIT BREAKER 熔断丝 COAX 同轴电缆 CON 插口CRYSTAL 晶振 DB 并行插口 DIODE 二极管 DIODE SCHOTTKY 稳压二极管 DIODE VARACTOR 变容二极管
半导体器件物理及工艺
?平时成绩30% + 考试成绩70% ?名词解释（2x5=10）+ 简答与画图（8x10=80）+ 计算（1x10=10） 名词解释 p型和n型半导体 漂移和扩散 简并半导体 异质结 量子隧穿 耗尽区 阈值电压 CMOS 欧姆接触 肖特基势垒接触 简答与画图 1.从能带的角度分析金属、半导体和绝缘体之间的区别。 2.分析pn结电流及耗尽区宽度与偏压的关系。 3.什么是pn结的整流（单向导电）特性？画出理想pn结电流-电压曲线示意图。 4.BJT各区的结构有何特点？为什么？ 5.BJT有哪几种工作模式，各模式的偏置情况怎样？ 6.画出p-n-p BJT工作在放大模式下的空穴电流分布。 7.MOS二极管的金属偏压对半导体的影响有哪些？ 8.MOSFET中的沟道是多子积累、弱反型还是强反型？强反型的判据是什么？ 9.当VG大于VT且保持不变时，画出MOSFET的I-V曲线，并画出在线性区、非线 性区和饱和区时的沟道形状。 10.MOSFET的阈值电压与哪些因素有关？ 11.半导体存储器的详细分类是怎样的？日常使用的U盘属于哪种类型的存储器，画出 其基本单元的结构示意图，并简要说明其工作原理。 12.画出不同偏压下，金属与n型半导体接触的能带图。 13.金属与半导体可以形成哪两种类型的接触？MESFET中的三个金属-半导体接触分 别是哪种类型？ 14.对于一耗尽型MESFET，画出VG=0, -0.5, -1V（均大于阈值电压）时的I-V曲线示 意图。 15.画出隧道二极管的I-V曲线，并画出电流为谷值时对应的能带图。 16.两能级间的基本跃迁过程有哪些，发光二极管及激光器的主要跃迁机制分别是哪 种？ 计算 Pn结的内建电势及耗尽区宽度
模电实验报告——半导体器件特性仿真
实验报告 课程名称：___模拟电子技术基础实验_____实验名称：____半导体器件特性仿真____实验类型：__EDA___ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、 实验目的和要求 1、了解PSPICE 软件常用菜单和命令的使用。 2、掌握PSPICE 电路图的输入和编辑。 3、学习PSPICE 分析设置、仿真、波形查看等方法。 4、学习半导体器件特性的仿真分析方法。 二、 实验内容和原理 1、二极管伏安特性测试电路如图3.1.1所示，输入该电路图，设置合适的分析方式及参数，用PSpice 程序仿真分析二极管的伏安特性。 2、在直流分析中设置对温度的内嵌分析，仿真分析二极管在不同温度下的伏安特性。 3、将电源Vs 用VSIN 元件代替，并设置合适的元件参数，仿真分析二极管两端的输出波形。 4、三极管特性测试电路如图3.1.2所示，用PSpice 程序仿真分析三极管的输出特性，并估算电压放大倍数。 图3.1.1 二极管特性测试电路 图3.1.2 三极管特性测试电路 三、 主要仪器设备 装有PSpice 程序的PC 机 四、 操作方法和实验步骤 1、二极管特性的仿真分析
受温度影响。用PSpice仿真时，从元件库中选出相应元件，连线，设置分析参数。二极管特性测试电路的直流扫描分析参数可设置为：扫描变量类型为电压源，扫描变量为Vs，扫描类型为线性扫描，初始值为-200V，终值为40V，增量为0.1V。为了仿真分析二极管在不同温度下的伏安特性，还需设置直流扫描的内嵌分析（Nested Sweep）,内嵌分析参数可设置为：扫描变量类型为温度，扫描类型为列表扫描，扫描值为-10(℃)，0(℃)，30(℃)。在Probe程序中可查看到二极管的伏安特性曲线，其横坐标应为二极管两端电压V（2）。为了分析温度对二极管伏安特性的影响，可以改变X坐标轴和Y坐标轴的范围，得到二极管在不同温度下的正向伏安特性曲线。 2、三极管特性的仿真分析 三极管的共射输出特性曲线是在一定的基极电流下，三极管的集电极电流与集电极发射极电压之间的关系。用PSpice仿真时，从元件库中选出相应元件，连线，设置分析参数。直流扫描分析参数可设置为：扫描变量类型为电压源，扫描变量为VCC，扫描类型为线性扫描，初始值为0V，终值为50V，增量为0.1V。设置直流扫描的内嵌分析（Nested Sweep）,内嵌分析参数可设置为：扫描变量类型为电流源，扫描类型为IB，扫描类型为线性扫描，初始值为0，终值为100μA，增量为10μA。在Probe程序中可查看到三极管集电极电流IC（Q1）的曲线，需将X轴变量设置为三极管集电极与发射极之间的电压V（Q1：c），并选择合适的坐标范围 ，可得到三极管的输出特性曲线。 五、实验数据记录和处理 1、二极管特性的仿真分析
1-2NMOS器件仿真
1.2使用ATLAS的NMOS器件仿真 1.2.1ATLAS概述 ATLAS是一个基于物理规律的二维器件仿真工具，用于模拟特定半导体结构的电学特性，并模拟器件工作时相关的内部物理机理。 ATLAS可以单独使用，也可以在SILVACO’s VIRTUAL WAFER FAB仿真平台中作为核心工具使用。通过预测工艺参数对电路特性的影响，器件仿真的结果可以与工艺仿真和SPICE 模型提取相符。 1ATLAS输入与输出 大多数ATLAS仿真使用两种输入文件：一个包含ATLAS执行指令的文本文件和一个定义了待仿真结构的结构文件。 ATLAS会产生三种输出文件：运行输出文件(run-time output)记录了仿真的实时运行过程，包括错误信息和警告信息；记录文件(log files)存储了所有通过器件分析得到的端电压和电流；结果文件(solution files)存储了器件在某单一偏置点下有关变量解的二维或三维数据。 2ATLAS命令的顺序 在ATLAS中，每个输入文件必须包含按正确顺序排列的五组语句。这些组的顺序如图1.52所示。如果不按照此顺序，往往会出现错误信息并使程序终止，造成程序非正常运行。
图1.52ATLAS命令组以及各组的主要语句 3开始运行ATLAS 要在DECKBUILD下开始运行ATLAS，需要在UNIX系统命令提示出现时输入：deckbuild-as& 命令行选项-as指示DECKBUILD将ATLAS作为默认仿真工具开始运行。 在短暂延时之后，DECKBUILD将会出现，如图1.53所示。从DECKBUILD输出窗口可以看出，命令提示已经从ATHENA变为了ATLAS。
半导体器件工艺基础知识
半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半导体基础知识 通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类为导体，它可以很好的传导电流，如：金属类，铜、银、铝、金等；电解液类：NaCl水溶液，血液，普通水等以及其它一些物体。第二类为绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类为半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si硅等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义为长1厘米、截面积为1平方厘米的物质的电阻值，单位为欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下，绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。 半导体的性质既不象一般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由于它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于半导体具有以下的特殊性质： (1) 温度的变化能显著的改变半导体的导电能力。当温度升高时，电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏组件（如热敏电阻等），但是由于半导体的这一特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件自身产生的热量，需要考虑器件使用环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。 (2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照后导电能力可提高几十到几百倍，利用这一特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。 (3) 在纯净的半导体中加入微量（千万分之一）的其它元素（这个过程我们称为掺杂），可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特征。例如在原子密度为5*1022/cm3的硅中掺进大约5X1015/cm3磷原子，比例为10-7（即千万分之一），硅的导电能力提高了几十万倍。 物质是由原子构成的，而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小，带负电，在一定的轨道上运转；原子核带正电，电荷量与电子的总电荷量相同，两者相互吸引。当原子的外层电子缺少后，整个原子呈现正电，缺少电子的地方产生一个空位，带正电，成为电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。 前面提到掺杂其它元素能改变半导体的导电能力，而参与导电的又分为电子和电洞，这样掺杂的元素（即杂质）可分为两种：施主杂质与受主杂质。 将施主杂质加到硅半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多自由电子参与导电，而杂质本身失去电子形成正离子，但不是电洞，不能接受电子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要为五族元素：锑、磷、砷等。 将施主杂质加到半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多电洞参与导电，这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要为三族元素：铝、镓、铟、硼等。 电洞和电子都是载子，在相同大小的电场作用下，电子导电的速度比电洞
ISIS 单片机仿真元器件
Proteus 元件名称对照1 元件名称中文名说明 7407 驱动门 1N914 二极管 74Ls00 与非门 74LS04 非门 74LS08 与门 74LS390 TTL 双十进制计数器 7SEG 4针BCD-LED 输出从0-9 对应于4根线的BCD码 7SEG 3-8译码器电路BCD-7SEG[size=+0]转换电路 ALTERNATOR 交流发电机 AMMETER-MILLI mA安培计 AND 与门 BATTERY 电池/电池组 BUS 总线 CAP 电容 CAPACITOR 电容器 CLOCK 时钟信号源 CRYSTAL 晶振 D-FLIPFLOP D触发器 FUSE 保险丝 GROUND 地 LAMP 灯 LED-RED 红色发光二极管 LM016L 2行16列液晶可显示2行16列英文字符，有8位数据总线D0-D7，RS，R/W，EN三个控制端口（共14线），工作电压为5V。没背光，和常用的1602B功能和引脚一样（除了调背光的二个线脚）LOGIC ANALYSER 逻辑分析器 LOGICPROBE 逻辑探针 LOGICPROBE[BIG] 逻辑探针用来显示连接位置的逻辑状态 LOGICSTATE 逻辑状态用鼠标点击,可改变该方框连接位置的逻辑状态 LOGICTOGGLE 逻辑触发 MASTERSWITCH 按钮手动闭合,立即自动打开 MOTOR 马达 OR 或门 POT-LIN 三引线可变电阻器 POWER 电源 RES 电阻 RESISTOR 电阻器 SWITCH 按钮手动按一下一个状态 SWITCH-SPDT 二选通一按钮 VOLTMETER 伏特计 VOLTMETER-MILLI mV伏特计 VTERM 串行口终端
半导体物理与器件基础知识
9金属半导体与半导体异质结 一、肖特基势垒二极管 欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。接触电阻很低。 金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。之间形成势垒为肖特基势垒。 在金属与半导体接触处，场强达到最大值，由于金属中场强为零，所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。 影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效应。金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。附图： 电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输机制不同于pn结的少数载流子的扩散运动决定电流，而是取决于多数载流子通过热电子发射跃迁过内建电势差形成。附肖特基势垒二极管加反偏电压时的I-V曲线：反向电流随反偏电压增大而增大是由于势垒降低的影响。 肖特基势垒二极管与Pn结二极管的比较：1.反向饱和电流密度（同上），有效开启电压低于Pn结二极管的有效开启电压。2.开关特性肖特基二极管更好。应为肖特基二极管是一个多子导电器件，加正向偏压时不会产生扩散电容。从正偏到反偏时也不存在像Pn结器件的少数载流子存储效应。 二、金属-半导体的欧姆接触 附金属分别与N型p型半导体接触的能带示意图 三、异质结：两种不同的半导体形成一个结 小结：1.当在金属与半导体之间加一个正向电压时，半导体与金属之间的势垒高度降低，电子很容易从半导体流向金属，称为热电子发射。 2.肖特基二极管的反向饱和电流比pn结的大，因此达到相同电流时，肖特基二极管所需的反偏电压要低。 10双极型晶体管 双极型晶体管有三个掺杂不同的扩散区和两个Pn结，两个结很近所以之间可以互相作用。之所以成为双极型晶体管，是应为这种器件中包含电子和空穴两种极性不同的载流子运动。 一、工作原理 附npn型和pnp型的结构图 发射区掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度最低 附常规npn截面图 造成实际结构复杂的原因是：1.各端点引线要做在表面上，为了降低半导体的电阻，必须要有重掺杂的N+型掩埋层。2.一片半导体材料上要做很多的双极型晶体管，各自必须隔离，应为不是所有的集电极都是同一个电位。 通常情况下，BE结是正偏的，BC结是反偏的。称为正向有源。附图： 由于发射结正偏，电子就从发射区越过发射结注入到基区。BC结反偏，所以在BC结边界，理想情况下少子电子浓度为零。 附基区中电子浓度示意图： 电子浓度梯度表明，从发射区注入的电子会越过基区扩散到BC结的空间电荷区，
Silvaco中文学习手册
§4 工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD 本章将向读者介绍如何使用SILV ACO公司的TCAD工具A THENA来进行工艺仿真以及A TLAS来进行器件仿真。假定读者已经熟悉了硅器件及电路的制造工艺以及MOSFET 和BJT的基本概念。 4.1 使用ATHENA的NMOS工艺仿真 4.1.1 概述 本节介绍用A THENA创建一个典型的MOSFET输入文件所需的基本操作。包括： a. 创建一个好的仿真网格 b. 演示淀积操作 c. 演示几何刻蚀操作 d. 氧化、扩散、退火以及离子注入 e. 结构操作 f. 保存和加载结构信息 4.1.2 创建一个初始结构 1定义初始直角网格 a. 输入UNIX命令：deckbuild-an&，以便在deckbuild交互模式下调用A THENA。在短暂的延迟后，deckbuild主窗口将会出现。如图 4.1所示，点击File目录下的Empty Document，清空DECKBUILD文本窗口； 图4.1 清空文本窗口 b. 在如图4.2所示的文本窗口中键入语句go Athena ； 图4.2 以“go athena”开始
接下来要明确网格。网格中的结点数对仿真的精确度和所需时间有着直接的影响。仿真结构中存在离子注入或者形成PN结的区域应该划分更加细致的网格。 c. 为了定义网格，选择Mesh Define菜单项，如图4.3所示。下面将以在0.6μm×0.8μm 的方形区域内创建非均匀网格为例介绍网格定义的方法。 图4.3 调用ATHENA网格定义菜单 2 在0.6μm×0.8μm的方形区域内创建非均匀网格 a. 在网格定义菜单中，Direction（方向）栏缺省为X；点击Location（位置）栏并输入值0；点击Spacing（间隔）栏并输入值0.1； b. 在Comment（注释）栏，键入“Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um)”,如图4.4所示； c. 点击insert键，参数将会出现在滚动条菜单中； 图4.4 定义网格参数图 4.5 点击Insert键后 d. 继续插入X方向的网格线，将第二和第三条X方向的网格线分别设为0.2和0.6，间距均为0.01。这样在X方向的右侧区域内就定义了一个非常精密的网格，用作为NMOS晶体管的有源区； e. 接下来，我们继续在Y轴上建立网格。在Direction栏中选择Y；点击Location栏并输入值0。然后，点击Spacing栏并输入值0.008； f. 在网格定义窗口中点击insert键，将第二、第三和第四条Y网格线设为0.2、0.5和 0.8，间距分别为0.01，0.05和0.15，如图4.6所示。
半导体器件工艺与物理期末必考题材料汇总综述
半导体期末复习补充材料 一、名词解释 １、准费米能级 费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，而当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，可以认为分就导带和价带中的电子来讲，它们各自处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的能级，称为“准费米能级”，分别用E F n、E F p表示。 ２、直接复合、间接复合 直接复合—电子在导带和价带之间直接跃迁而引起电子和空穴的直接复合。 间接复合—电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合。 ３、扩散电容 PN结正向偏压时，有空穴从P区注入N区。当正向偏压增加时，由P区注入到N区的空穴增加，注入的空穴一部分扩散走了，一部分则增加了N区的空穴积累，增加了载流子的浓度梯度。在外加电压变化时，N扩散区内积累的非平衡空穴也增加，与它保持电中性的电子也相应增加。这种由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应，称为P-N结的扩散电容。用CD表示。 4、雪崩击穿 随着PN外加反向电压不断增大，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流子受电场加速获得很高的动能，与晶格点阵原子发生碰撞使之电离，产生新的电子—空穴对，再被电场加速，再产生更多的电子—空穴对，载流子数目在空间电荷区发生倍增，犹如雪崩一般，反向电流迅速增大，这种现象称之为雪崩击穿。 1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于 扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放 电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对 于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。 3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE 电压控制。 4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是 寄生参数小，响应速度快等。 5、PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发
半导体器件物理与工艺复习题(2012)
半导体器件物理复习题 第二章： 1） 带隙：导带的最低点和价带的最高点的能量之差，也称能隙。 物理意义：带隙越大，电子由价带被激发到导带越难，本征载流子浓度就越低，电导率也就越低 2）什么是半导体的直接带隙和间接带隙？ 其价带顶部与导带最低处发生在相同动量处(p ＝0)。因此，当电子从价带转换到导带时，不需要动量转换。这类半导体称为直接带隙半导体。 3）能态密度：能量介于E ～E+△E 之间的量子态数目△Z 与能量差△E 之比 4）热平衡状态：即在恒温下的稳定状态.(且无任何外来干扰,如照光、压力或电场). 在恒温下,连续的热扰动造成电子从价带激发到导带，同时在价带留下等量的空穴.半导体的电子系统有统一的费米能级,电子和空穴的激发与复合达到了动态平衡，其浓度是恒定的，载流子的数量与能量都是平衡。即热平衡状态下的载流子浓度不变。 5）费米分布函数表达式？ 物理意义：它描述了在热平衡状态下,在一个费米粒子系统（如电子系统）中属于能量E 的一个量子态被一个电子占据的概率。 6 本征半导体价带中的空穴浓度： 7）本征费米能级Ei ：本征半导体的费米能级。在什么条件下，本征Fermi 能级靠近禁带的中央：在室温下可以近似认为费米能级处于带隙中央 8）本征载流子浓度n i : 对本征半导体而言，导带中每单位体积的电子数与价带每单位体积的空穴数相同, 即浓度相同，称为本征载流子浓度，可表示为n ＝p ＝n i . 或：np=n i 2 9) 简并半导体：当杂质浓度超过一定数量后，费米能级进入了价带或导带的半导体。 10) 非简并半导体载流子浓度: 且有: n p=n i 2 其中: n 型半导体多子和少子的浓度分别为: p 型半导体多子和少子的浓度分别为:
半导体器件综合测试实验报告
1实验目的 了解、熟悉半导体器件测试仪器，半导体器件的特性，并测得器件的特性参数。掌握半导体管特性图示仪的使用方法，掌握测量晶体管输入输出特性的测量方法； 测量不同材料的霍尔元件在常温下的不同条件下（磁场、霍尔电流）下的霍尔电压，并根据实验结果全面分析、讨论。 2实验内容 测试3AX31B、3DG6D的放大、饱和、击穿等特性曲线，根据图示曲线计算晶体管的放大倍数； 测量霍尔元件不等位电势，测霍尔电压，在电磁铁励磁电流下测霍尔电压。 3实验仪器 XJ4810图示仪、示波器、三极管、霍尔效应实验装置。 4实验原理 4.1三极管的主要参数 4.1.1 直流放大系数 共发射极直流放大系数β β=-( 4-1) (I I)/I C CEO B 时，β可近似表示为 当I I C CEO β=( 4-2) I/I C B 4.1.2 交流放大系数 共发射极交流放大系数β定义为集电极电流变化量与基极电流变化量之比，即
CE C B v i i β=?=?常数 ( 4-3) 4.1.3 反向击穿电压 当三极管内的两个PN 结上承受的反向电压超过规定值时，也会发生击穿，其击穿原理和二极管类似，但三极管的反向击穿电压不仅与管子自身的特性有关，而且还取决于外部电路的接法。 4.2霍尔效应 霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。 图4-1 霍尔效应示意图 如图4-1所示，磁场B 位于Z 的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X 正向通以电流s I （称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（N 型半导体材料），它沿着与电流s I 相反的X 负向运动。由于洛伦兹力L f 的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y 轴负方向的B 侧偏转，并使B 侧形成电子积累，而相对的A 侧形成正电荷积累。与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力E f 的作用。随着电荷积累量的增加，E f 增大，当两力大小相等（方向相反）时，L f =-E f ，则电子积累便达到动态平衡。这时在A 、B 两端面之间建立的电场称为霍尔电场H E ，相应的电势差称为霍尔电压H V 。
新型半导体材料与器件仿真实验项目
新型半导体材料与器件仿真实验项目 课程介绍与课件 电子科学与技术专业及微电子科学与工程专业的教学内容中，涉及到半导体纳米材料与器件。纳米材料与器件的宏观物理特性是由材料的微观电子结构所决定的。但是，材料的微观电子结构无法直接观察和测量，对学生理解和掌握所学知识带来了一定的难度；其次，制备纳米材料时需要考虑很多因素，如起始反应物的选择、反应物用量和配比，反应条件的设计。为了获得性能好的产品，往往需要进行大量重复性的实验，对每一次实验结果进行分析检测，再改进方案重新实验。即不断反复试验、不断摸索、不断修改，一直到获得最佳的结果为止。如果需要摸索的条件多，实验研究的过程相应会增长，不利于提高研究效率。 通过虚拟仿真实验，以图形化、视频化的方式，栩栩如生的向学生展示了纳米材料的微观电子结构与宏观光学特性之间的关系；降低了实验成本。加深了学生对学科基础理论知识的理解，使学生掌握本专业领域常用的设计与仿真软件工具，增强学生分析问题、解决问题的能力，进而达到较佳的教学效果。 在教学中，以启发式教学为主的教学方法。采用录像、视频的形式，演示课程中所涉及的文物保护纳米涂层的作用，演示纳米材料的吸收光谱随纳米线尺寸的变化。这部分穿插在多媒体课件中实施，解决传统课程黑板讲述不直观的问题。激发学生的学习兴趣。每次实验前，将学生分成若干个小组，通过小组讨论，进行合作学习，培养学生的思维表达能力，让学生多多参与，亲自动手、亲自操作、激发学习兴趣、促进学生主动学习。小组讨论后，指导教师先进行一个基本的实验流程操作，对一些关键或容易出错之处进行强调，使学生首先有一个感性的认识。每次实验都编排有依实验过程的相关问题的实验报告，学生一边实验操作一边思考，达到对理论或难点知识的深刻理解。为了给学生提供一个良好的实验条件, 在课后学生可以在校园网内任何网络端口可全天候上机实践，并与指导老师进行交互。若有任何问题，学生可以在网络平台给教师留言，进行意见反馈。
半导体器件知识点归纳一
一、半导体器件基本方程 1、半导体器件基本方程 泊松方程、电流密度方程、电子和空穴连续性方程的一维微分形式及其物理意义 2、基本方程的主要简化形式 泊松方程分别在N耗尽区和P耗尽区的简化形式 电流密度方程分别在忽略扩散电流和漂移电流时的简化形式 P型中性区电子净复合率、N型中性区空穴净复合率 P区电子和N区空穴的扩散方程及其定态形式 电子电流和空穴电流的电荷控制方程及其定态形式 注：第一章是整个课程的基础，直接考察的概率很小，一般都结合后面章节进行填空或者计算的考察，理解的基础上牢记各公式形式及其物理意义。 二、PN结 1、突变结与缓变结 理想突变结、理想线性缓变结、单边突变结的定义 2、PN结空间电荷区 理解空间电荷区的形成过程 注：自己用概括性的语句总结出来，可能考简述题。 3、耗尽近似与中性近似 耗尽近似、耗尽区、中性近似、中性区的概念 4、内建电场、耗尽区宽度、内建电势 内建电场、内建电势、约化浓度的概念 内建电场、耗尽区宽度、内建电势的推导 电场分布图的画法 内建电势的影响因素 Si和Ge内建电势的典型值 注：填空题可能考察一些物理概念的典型值，这部分内容主要掌握突变结的，可能考计算题，不会完全跟书上一样，会有变形，比如考察PIN结的相关计算；对于线性缓变结，只需记住结论公式即可。 5、外加电压下PN结中的载流子运动 正向电压下空穴扩散电流、电子扩散电流、势垒区复合电流的形成过程 反向电压下空穴扩散电流、电子扩散电流、势垒区产生电流的形成过程 正向电流很大反向电流很小的原因 6、PN结能带图 PN结分别在正向电压和反向电压下的能带图 注：所有作图题应力求完整，注意细节，标出所有图示需要的标识 7、PN结的少子分布 结定律：小注入下势垒区边界上的少子浓度表达式 少子浓度的边界条件 中性区内非平衡少子浓度分布公式 外加正反向电压时中性区中少子浓度分布图 注：书上给出了N区的推导，尽量自己推导一下P区的情况，加深理解 8、PN结的直流伏安特性
Silvaco工艺及器件仿真5
4.2 使用ATLAS的NMOS器件仿真 4.2.1 ATLAS概述 ATLAS是一个基于物理规律的二维器件仿真工具，用于模拟特定半导体结构的电学特性，并模拟器件工作时相关的内部物理机理。 ATLAS可以单独使用，也可以在SILVACO’s VIRTUAL WAFER FAB仿真平台中作为核心工具使用。通过预测工艺参数对电路特性的影响，器件仿真的结果可以与工艺仿真和SPICE 模型提取相符。 1 ATLAS输入与输出 大多数ATLAS仿真使用两种输入文件：一个包含ATLAS执行指令的文本文件和一个定义了待仿真结构的结构文件。 ATLAS会产生三种输出文件：运行输出文件(r un-t i m e ou t pu t)记录了仿真的实时运行过程，包括错误信息和警告信息；记录文件(log files)存储了所有通过器件分析得到的端电压和电流；结果文件(s o l u t i on f il e s)存储了器件在某单一偏置点下有关变量解的二维或三维数据。 2 ATLAS命令的顺序 在ATLAS中，每个输入文件必须包含按正确顺序排列的五组语句。这些组的顺序如图4.52所示。如果不按照此顺序，往往会出现错误信息并使程序终止，造成程序非正常运行。 图4.52 ATLAS命令组以及各组的主要语句 3 开始运行ATLAS 要在DECKBUILD下开始运行ATLAS，需要在UNIX系统命令提示出现时输入： deckbuild -as& 命令行选项-as指示DECKBUILD将ATLAS作为默认仿真工具开始运行。 在短暂延时之后，DECKBUILD将会出现，如图4.53所示。从DECKBUILD输出窗口可以看出，命令提示已经从A THENA变为了ATLAS。 图4.53 ATLAS的DECKBUILD窗口 4 在ATLAS中定义结构 在ATLAS中，一个器件结构可以用三种不同的方式进行定义： 1.从文件中读入一个已经存在的结构。这个结构可能是由其他程序创建的，比如ATHENA或DEVEDIT； 2.输入结构可以通过DECKBUILD自动表面特性从ATHENA或DEVEDIT转化而来； 3.一个结构可以使用ATLAS命令语言进行构建。 第一和第二种方法比第三种方法方便，所以应尽量采用前两种方法。在本章中，我们将通过第二种方法，利用DECKBUILD的自动表面特性，将NMOS结构从ATHENA转化为ATLAS。 4.2.2 NMOS结构的ATLAS仿真 在本章中，我们将以下几项内容为例进行介绍： 1.Vds=0.1V时，简单Id-Vgs曲线的产生； 2.器件参数如Vt，Beta和Theta的确定； 3.Vgs分别为1.1V，2.2V和3.3V时，Id-Vds曲线的产生。 这里将采用由ATHENA创建的NMOS结构来进行NMOS器件的电学特性仿真。
半导体器件特性仿真
实验报告 课程名称：___模拟电子技术实验____________指导老师：__樊伟敏___ _成绩： 实验名称：________ pspice的使用练习1_____实验类型：_EDA___________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 实验5 PSpice 使用练习——半导体器件特性仿真 一.实验目的 1.了解PSpice软件常用菜单和命令的使用。 2.掌握PSpice中电路图的输入和编辑方法。 3.学习PSpice分析设置、仿真、波形查看的方法。 4.学习半导体器件特性的仿真分析方法。 二.实验准备 1.阅读PSpice软件的使用说明。 2.了解二极管、三极管的伏安特性。 3.理解二极管和三极管伏安特性的测试电路。 三.实验内容 1.二极管伏安特性测试电路如图5.1所示。输入该电路图，设置合适的分析方法及参数，用PSpice软件 仿真分析二极管的伏安特性。 R1 D1 D1N4001 图5.1 二极管特性测试电路 2.在直流分析中设置对温度的内嵌分析，仿真分析二极管在不同温度下的伏安特性。 3.将图5.1所示电路中的电源VS用VSIN元件代替，并设置合适的元件参数，仿真反系二极管两端的输 出波形。 4.三极管特性测试电路如图 5.2所示，用PSpice程序仿真分析三极管的输出特性，并估算其电流放大倍 数。
实验名称：_____pspice 的使用_____姓名：____宋飞凤________学号：___ 3099901028 ____ Rc 图5.2 三极管特性测试电路 四.实验内容和步骤 1.二极管特性的仿真分析 1.1二极管伏安特性 （1）输入图5.1电路图 （2）仿真二极管伏安特性时的设置 直流扫描（DC Sweep ）分析参数设置：扫描变量类型为电压源，扫描变量为Vs ，扫描类型为线性扫描，初始值为-200V ，终值为40V ，增量为0.1V 。 （3）运行仿真分析程序 （4）查看仿真结果 ①在Probe 程序中显示I （D ）曲线，结果如图5.3显示。 装 订 线 P.2
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