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1、器件物理基础1、 晶体结构、密勒指数2、 晶格向量、倒格子晶格向量、布里渊区、二维晶格点阵布里渊区画法3、 统计规律：费米分布和玻尔兹曼分布函数、简并半导体和非简并半导体4、 费米能级及其物理意义5、 准自由电子近似的能带结构、有效质量的概念、直接带隙半导体和间接带隙半导体6、 硅的能带结构特点7、 载流子统计：平衡和非平衡载流子统计、准费米能级的概念8、 状态密度的概念及其和能带结构的关系、态密度有效质量9、 本征半导体和杂质半导体热平衡载流子浓度10、 浅能级杂质、施主和受主杂质11、 杂质补偿效应12、 准电中性条件及其应用13、 载流子空间分布的统计及其存在的问题14、 载流子的复合、
2、产生，俄歇复合的概念、净复合率的概念15、 碰撞电离MOS电容复习概要一、MOS电容、MOS电容结构，PMOS电容，NMOS电容。MOS 电容结构是在 p- 或 n-型硅衬底上生长一层数十埃至数百埃的氧化层，再在氧化层上淀积一层金属电极（叫做栅极）而构成。、MOS电容是一个微分电容概念，反映的是由金属氧化层半导体衬底构成的MOS结构的半导体表面空间电荷区电荷随外加栅衬底偏压变化的特性。、理想的MOS电容特性（什么是理想的MOS电容特性）、影响MOS结构电容特性（CV）的因素：（）栅衬底功函数差（）Si-SiO2界面态（）氧化层中可动电荷（）氧化层中固定电荷（）电离陷阱（）晶向（）衬底掺杂浓度（
3、）氧化层厚度（）多晶硅栅耗尽层、微分电容的定义和物理意义、表面势和空间电荷区、平带电压和影响平带电压的因素、本正德拜长度和非本正德拜长度及其物理意义、什么叫有效氧化层电荷？二、复习题、为什么当MOS电容加上栅衬底偏置时整个MOS电容处于非热平衡状态，却认为半导体衬底自身处于热平衡状态？、功函数的定义和物理意义？金属的功函数和半导体的功函数的表达式？、费米势的定义？NMOS电容的衬底的费米势大于零还是小于零？PMOS电容的衬底的费米势大于零还是小于零？、室温下Si的禁带宽度是多少？SiO2的禁带宽度是多少？处于衬底Si导带底的电子穿越SiO2到达金属栅电极，其穿越的势垒的高度是多少？处于衬底Si
4、价带顶的空穴穿越SiO2到达金属栅电极，其穿越的势垒的高度又是多少？、MOS电容处于热平衡的时候，半导体衬底表面可能存在空间电荷区，可能有哪些原因？分别考虑NMOS和PMOS情况加以分析。、平带电压的定义和影响平带电压的因素？、分别就NMOS和PMOS电容的情形，给出费米势的定义式，以及积累区、耗尽区、弱反型区、强反型区表面势的范围。、分别就NMOS和PMOS电容的情形，给出半导体表面处电子和空穴浓度的表达式，假设衬底均匀掺杂，掺杂浓度为NB。、NMOS电容半导体衬底处于表面强反型（表面积累）时，表面电场强度的方向？PNOS又如何？、半导体表面电容的定义及其物理意义？、弱反型时空间电荷区电荷主
5、要由离化杂质的固定电荷构成，你认为对不对？、MOS电容中为什么可以引入最大耗尽层概念？、就MOS电容结构而言，其实际的高频CV和低频CV特性有什么不同？原因是什么？、什么是耗尽层电容？什么是反型层电容？定性画出这两种电容随外加栅偏压的变化曲线。、分别画出金属栅电极和多晶硅栅MOS电容的等效电路。、MOS电容阈值电压的定义式和物理意义？SiO2厚度为纳米，衬底掺杂浓度为的NMOS（PMOS）的阈值电压是多少？、已知MOS电容表面电场强度为，方向由表面指向半导体体内，则半导体表面电荷面密度等于多少？是正电荷还是负电荷？所加栅电压是正电压还是负电压？、多晶硅栅对MOS电容会产生怎样的影响？试定性说明
6、。、MOS电容中，半导体表面势大于衬底体内的电势，则半导体的能带（保持平带，向上弯曲、向下弯曲），处于半导体表面导带底的电子的能量（大于、等于、小于）处于半导体体内导带底的电子的能量，处于半导体表面价带顶的空穴的能量（大于、等于、小于）处于半导体体内价带顶的空穴的能量。表面电场的方向是（由半导体表面指向体内，由体内指向半导体表面，无法确定）。、分别定性画出NMOS电容积累区、耗尽区、弱反型区、强反型区纵向能带图。、分别定性画出PMOS电容积累区、耗尽区、弱反型区、强反型区纵向能带图。、金属铝栅NMOS电容的平带电压随着衬底掺杂浓度的提高（变小、不变、变大），金属铝栅NMOS电容的平带电容随着衬
7、底掺杂浓度的提高（变小、不变、变大）。金属铝栅PMOS电容的平带电压随着衬底掺杂浓度的提高（变小、不变、变大），金属铝栅PMOS电容的平带电容随着衬底掺杂浓度的提高（变小、不变、变大）。、已知NMOS电容表面电场强度为，方向由表面指向半导体体内，氧化层厚度为6纳米，衬底掺杂浓度为，试计算此时的有效栅偏压等于多少？、如图是两个MOS电容的测量曲线（横坐标从左至右为栅电压增加的方向）。Curve1对应MOS电容记做MOS1，Curve2对应MOS电容记做MOS2，试回答以下各问题：Curve1Curve2（） 测量曲线说明测量的是（NMOS，PMOS）电容；（） MOS1的氧化层厚度（大于，等于，
8、小于）MOS2的氧化层厚度；（） MOS1的衬底掺杂浓度（大于，等于，小于）MOS2的衬底掺杂浓度；（） MOS1的阈值电压（大于，等于，小于）MOS2的阈值电压；（） MOS1的最大耗尽层宽度（大于，等于，小于）MOS2的最大耗尽层宽度。、如图所示为某一个衬底均匀掺杂的多晶硅栅（假设其费米能级与导带底重合）MOS电容（氧化层厚度为纳米）的表面电荷密度随表面势的变化曲线。（） 该MOS电容是（NMOS，PMOS）电容；（） 计算衬底掺杂浓度；（） 计算平带电压；（） 计算阈值电压（忽略多晶硅栅的耗尽层影响）；（） 从图中查得当表面势为0.9V时，表面电荷密度为，其中q为电子电荷量，假设氧化层没
9、有被击穿。求此时栅偏压的大小和表面反型载流子面密度（单位取）。并计算绝缘层中电场强度的大小（忽略多晶硅栅的耗尽层影响）。、氧化层中电荷对MOS电容的影响可以等效成分布在SiSiO2界面的有效电荷，如果氧化层中的电荷浓度分布为，氧化层厚度为，试推导有效氧化层电荷面密度。、设某一个NMOS电容的栅电极的功函数为，衬底掺杂浓度为，氧化层厚度为，在氧化层的正中央存在面密度为的固定正电荷。求该NMOS电容的阈值电压。、通常SiO2层中会存在固定正电荷的分布，这种正电荷的存在使NMOS电容的阈值电压（增大、不变、减小），使PMOS电容的阈值电压（增大、不变、减小）。、试扼要论述半导体表面电容随表面势的变化
10、特性（分别以NMOS电容和PMOS电容为例说明）。、试扼要论述MOS电容结构中界面态对CV特性的影响。、定性讨论PMOS电容的CV特性。MOS电容Problem 1若铝和本征硅之间的接触电势差 0.6V，即（WAlWSi）/q =0.6V,计算室温 (T=300K) 下铝和掺杂浓度为 NA=11016cm-3 的p-型硅之间的接触电势差。已知本征载流子浓度ni=11010cm-3。Problem 2一铝栅NMOS电容，衬底掺杂浓度为NA=51015cm-3，铝和本征硅之间的功函数差为（WAlWSi）/q =0.6V，SiO2厚度为tOX=0.042mm，有效氧化层电荷为0.1fC/mm2，计算
11、室温下该NMOS电容的平带电压。已知本征载流子浓度ni=11010cm-3，真空电容率为 8.85410-14 F/cm，SiO2的相对介电常数为 3.9。Problem 3n+-poly Si栅NMOS电容，多晶硅栅掺杂浓度为ND=11020cm-3，衬底掺杂浓度为NA=51015cm-3，SiO2厚度为tOX=0.042mm，有效氧化层电荷为0.1fC/mm2，计算室温下该NMOS电容的平带电压和阈值电压。已知本征载流子浓度ni=11010cm-3，真空电容率为 8.85410-14 F/cm，SiO2的相对介电常数为 3.9。Problem 4某NMOS电容，衬底掺杂浓度为NA=5101
12、5cm-3，SiO2厚度为tOX=0.05mm，平带电压为-1.05V，推断积累区、耗尽区、弱反型区和强反型区栅电压范围。已知本征载流子浓度ni=11010cm-3，真空电容率为 8.85410-14 F/cm，SiO2的相对介电常数为 3.9。Problem 5Consider an aluminum-SiO2-silicon MOS capacitor (Wm = 4.1 eV, eox = 3.9, c = 4.05 eV and NA = 1017cm-3) with tOX = 5 nm.a. Calculate the flat band voltage and threshold
13、 voltage.b. Repeat for an n-type silicon substrate with ND = 1016 cm-3.c. Repeat with an effective oxide charge of 10-7 C/cm2Problem 6A high-frequency capacitance voltage measurement of a silicon MOS structure was fitted by the following expression:C(VG) = 6 pF + 12 pF/(1 + exp(VG)a. Calculate the o
14、xide capacitance per unit area and the oxide thickness. The area of the capacitor is 100 x 100 micron and the relative dielectric constant equals 3.9. From the minimum capacitance, calculate the maximum depletion layer width and the substrate doping density.b. Calculate the substrate Fermi potential
15、.c. Calculate the flat band capacitance and the flat band voltage.d. Calculate the threshold voltage.【注】只列出求解衬底掺杂浓度的表示式即可，数字求解结果。Problem 7An MOS capacitor with an oxide thickness of 20 nm has an oxide capacitance, which is three times larger than the minimum high-frequency capacitance in inversion. Find the substrate doping density.Problem 8A CMOS gate requires n-type and p-type MOS capacitors with a threshold voltage of 2 and -
