微电子值得参考的问题

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1、l 为什么位错（线）不能终止于晶体内部，而一定会在表面露头？【答】位错是线状缺陷，是晶体的已滑移区与未滑移区的交界线（两个滑移面只能相交于一条线）； 滑移面是一定的晶面，晶面发生滑移时不可能停止在晶体内部，即不能只有晶面的一部分滑移（否则能量 太高）。因此作为滑移面的交线一一位错线也就不可能终止于晶体内部。不过，有一种环状的位错位错环可以完全处在晶体内部；只是位错环的内、外分别是已滑移区 和未滑移区。l skai20082009问：半导体的平均电离能和禁带宽度的区别怎样？（例如，硅的禁带宽度是 1.12eV,平均碰撞电离能为3.62eV。）【答】这个问题与本征激发的机理有关，因为电离的本质就是

2、本征激发。禁带宽度是指利用热激发产生载流子，即热电离，所需要的平均能量。在室温下，载流子的平均热 运动能量（kT）约为0.026eV,但由于它们遵从着一定的能量分布规律，则也可以有少量的电子从价带跃 迁到导带、而产生出本征载流子一一热电离。其它形式的电离，如强电场引起的碰撞电离或者其他粒子激发所产生的电离，这些电离所需要的能 量就要高于禁带宽度；因为这样产生出来的电子、空穴还具有一定的动能和动量，则能量和动量守恒的要 求，就使得它们的电离能至少要比禁带宽度大一倍半多。半导体的雪崩击穿电压就决定于这种平均碰撞电 离能（对Si，约为3.62eV）。这里讲的电离，实际上都是价电子从价带跃迁到导带的一

3、种效果，也就是产生载流子的一种作用。 因为价电子并不能在整个晶体中自由运动，则不能导电；只有变成为导带的自由电子之后，即已经摆脱了 原子实的束缚、并离开了它所属的的原子实之后，才可在整个晶体中运动，即为载流子（留在价带中的空 位也是载流子空穴）。lcookieyan90问：在极性半导体中，对载流子的散射，为什么主要是纵光学波、而不是横光学波？【答】导致散射载流子的根本原因是晶体周期性势场之外的附加势场（势能）。在极性半导体中，因为纵光学波能够产生局部正、负电荷的积累，即能够形成局部电场，从而可造 成电子势能在空间上的变化附加势能，所以能够散射载流子。而横光学波在半导体中不能产生局部正、负电荷的

4、积累，即不能形成局部电场，从而不能造成电子 势能在空间上的变化，即不产生附加势能，所以不散射载流子。l airhoy006问：为什么半导体发光器件常用直接带隙半导体材料制作？【答】因为直接能隙半导体材料的载流子辐射复合几率很大，而间接带隙半导体则否。由于直接能隙半导体材料中的电子、空穴复合时，没有动量的改变，则不需要第三者参与，故复合 给出的能量都可以发光的形式释放出来发光强度大。但是对于间接能隙半导体中的电子、空穴的复合，有动量的改变，则必须要有第三者（主要是声子） 参与（这才能满足动量守恒定律），故必将有很大一部分能量被第三者携带走了，即几乎成为了非辐射复 合，从而就几乎不能发光、或者发光

5、强度非常低。所以发光器件常常采用发光强度较大的直接带隙半导体材料来制作。（注：实际上，有的间接带隙 半导体材料也可以用来制作发光器件，例如GaP；虽然GaP是间接带隙半导体，但若在其中掺入一点所 谓等电子杂质之后，即可大大提高其发光效率。）lj憨问：如何理解绝对零度时和常温下电子的平均动能十分相近？【答】只有对于金属中的简并电子，才是绝对零度时和常温下的平均动能十分相近。因为当温度升 高时，只有Fermi能级附近（2kT）范围内的电子才能发生状态的变化，能量有所增大，其余大多数电子 的状态、因而能量并无改变，所以总的动能的变化也就不大一一相近。但是，对于一般的半导体而言，情况将有所不同！因为这

6、时有可能发生本征激发。l sunjun2012问：半导体中的载流子为什么通常都可以把它们看成是具有一定有效质量的经典 粒子？【答】在外场变化剧烈、其波长不能远大于晶格常数的话，就需要考虑电子的量子效应了，经典近 似即失效。而对于晶体中的电子，一般都满足该经典近似条件，故可以采用有效质量概念。实际上，能够采用 有效质量，也就是意味着电子的能量与其速度或者波矢的平方成正比（抛物线关系）一一电子是经典自由 粒子。但是也不是所有的能带电子都能够使用有效质量，实际上只有对于处在能带极值（导带底和价带顶） 附近的电子和空穴才可以（能量与波矢之间存在抛物线关系），而对于能带中部处的载流子，因为能量很 高，偏

7、离了抛物线关系，有效质量没有意义。这就意味着，只有能带极值附近的电子才可以看作为经典自 由电子。llianmushui问：半导体中有效质量无限大有什么物理意义？【答】有效质量是用来把晶体电子经典化的一个物理量，只有对能带极值附近的电子才有效这 些电子具有一定的有效质量；而对能带中部的那些电子，并不能当作为经典电子，故这时有效质量为无穷 大有效质量无意义。总之，有限值的有效质量只能应用于能带极值（能带顶和能带底）处的电子；而 无穷大的有效质量实际上不存在、也没有意义。l yumengyao720问：不同厚度、不同掺杂类型的半导体材料的光吸收系数都相同吗?【答】不同厚度、不同掺杂类型、不同密度、不

8、同表面状况等的半导体材料，它们的光吸收系数都 不相同。顺便说一句，因为光吸收系数与材料的介电常数虚部直接有关，所以不同厚度、不同掺杂浓度和不 同密度的材料，其介电常数也将不相同。l杂质在半导体中的主要作用有哪些？【答】施主和受主：提供载流子；重金属杂质：形成产生、复合中心，影响少数载流子寿命； 电离杂质：形成散射载流子的中心，影响载流子的迁移率和扩散系数；过多的杂质会产生沉淀，导致 缺陷和复合中心以及散射中心等；杂质会改变半导体的折射率和介电常数；某些杂质可影响半导体的 力学、化学性质；等电子杂质：可以提高间接能隙半导体的发光效率。l 1002898748问：对半导体性能都有很大影响的外界因素

9、有哪些？【答】对半导体性质影响最大的是温度：禁带宽度与温度有关；载流子浓度更是与温度有关；载流 子迁移率也与温度有关；半导体的体积等也与温度有关（热膨胀）。光照影响：产生非平衡载流子，引起光电导等。压力影响：产生压阻效应等。接触影响：形成p-n结、金属-半导体接触等。电场影响：产生表面或者体内场效应，产生场致发射等。磁场影响：Hall效应等。（半导体的Hall效应远大于金属。）气氛影响：表面状态与气氛有很大关系。l造成半导体器件热不稳定性的重要因素是什么？【答】从半导体的根本性质上来说，造成半导体器件热不稳定的重要因素主要有两个：（1）半导体禁带宽度与温度有关（一般，随着温度的升咼而减小）；（

10、2）载流子浓度与温度有关，特别是少数载流子浓度与温度有很大的关系 随着温度的升高而指数式增大。载流子浓度与温度的关系决定于杂质电离和本征 激发两种过程。由于这两个因素，就使得半导体器件的工作电流和压降等重要特性，将随着温度而有不同程度的变 化。l star2002sun问：当晶体管的发射结反偏、集电结正偏时，该晶体管处于何种状态？【答】为反向放大状态，但是因为晶体管结构的关系（发射结面积小于集电结面积），这时的电流 放大系数很小，故一般不用；只是在某些特殊情况下才会用到。l温度升高时，为什么会导致晶体管的发射结电压降低？【答】晶体管的发射结正向压降与发射结的势垒高度直接有关，势垒越低，电压就越

11、小。当温度升高时，半导体的Fermi能级都要向禁带中央移动，同时禁带宽度也变 窄。而晶体管发射结的势垒高度是等于两边的p型和n型半导体的Fermi能级之 差，则随着温度的升高，势垒高度降低，从而导致发射结的正向压降减小。l在制作集成电路中的双极型晶体管时，为什么n型集电区的引线孔区域要重掺杂？【答】因为晶体管集电区的电阻率较高（为了满足较高击穿电压的要求），当金属与这种高阻半导 体接触时就会形成整流的Schottky接触，而不是Ohm接触。因此，通过重掺杂来使得集电极的金属-半导 体接触的势垒厚度很薄，以致能够产生隧道效应，从而破坏了 Schottky接触的整流性能，故获得了 Ohm 接触。l

12、双极型器件可以通过并联来增大电流吗？【答】原则上不可以直接并联。因为p-n结二极管、BJT和可控硅等双极型器件，其电流具有正温度 系数；如果直接并联的话，就容易产生电流分配的不平衡，造成温升的不同，则很容易被烧坏。如果实在需要并联的话，可以在每一个器件上都串联一个平衡电阻之后，再进行并联；不过这样并 联之后，就会额外多消耗一些能量。l怎样区分BJT的饱和导通与放大导通状态？【答】在BJT饱和导通状态时，输出集电极电流等于常数（即不与基极电流成正比，而只决定于负 载电阻和电源电压），这时输出电流不受输入端电压和端电流的控制；并且这时集电极输出电压近似为0。在放大导通状态时，输出集电极电流比例于基

13、极电流，比例系数就是电流放大系数；这种状态的输 出电流可以通过输入电压或者基极电流来控制。这时若进一步增大输入电流，即可使晶体管进入到饱和导 通状态。【答】不能采用磁控溅射来制备半导体薄膜，有两个方面的原因：因为半导体材料的导电性能一 般都不好，则当采用直流磁控溅射时，会在靶面形成很高的电压、很小的电流，很容易产生灭弧，使得溅 射难以进行下去。因此，直流磁控溅射一般是用来制备金属薄膜。因为半导体薄膜通常要求是完整性很 好的晶体，而直流磁控溅射是一种非平衡的晶体生长技术，得到的是多晶薄膜，难以得到很好的晶体（除 非再进行若干步骤的热处理），所以不能用来制备半导体薄膜。l dowgula问：新型半

14、导体材料AIN的晶格结构与物理特性怎样？【答】AlN的晶格结构是铅锌矿结构（六方对称性的晶体）。物理特性：比重3.32g/cm3；熔点2750r ；相对介电常数8.5 （静态），4.6 （高频）；具有直接跃 迁能带结构；禁带宽度6.2eV；等。l chrisiguy问：半导体器件温度升高为什么会失效？【答】关键是任何半导体器件都存在一个最高工作温度，该温度由两个方面的因素来决定：一是半 导体本征化，二是器件性能劣化。一般，最高工作温度主要受限于半导体的本征化温度。任何型号的半导体在高温时都将转变为本征半导体一一本征化，结果使得p-n结消失；而现在几乎所 有的器件都有p-n结（MOS器件中也有源

15、、漏p-n结），因此高温时半导体器件会失效。对于某些半导体器件，在还没有出现由于半导体本征化而引起的失效时，器件性能就已经劣化到不 能使用的程度了（例如反向电流大大增加），那么这时器件的最高工作温度还将有所降低。l asdf89521问：晶闸管与二极管在外特性上有什么区别？【答】晶闸管与二极管在外特性上的主要区别，就是晶闸管具有正向阻断功能，即正向电压下存在 两个状态正向小电流、高电压状态和正向低电压、大电流状态，利用这两个状态即可实现开关功能。而一般的二极管，正向特性是指数式上升的低电压、大电流状态，不存在负电阻所造成的阻断状态。luil315问：电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是如何

16、产生的？这三种材料从晶体结构的角度看有何特点？【答】压电晶体的结构是不具有对称中心。铁电晶体也具有压电性，它的晶体结构也不具有对称中心；铁电体一定是离子性晶体，是具有自发 极化的一种压电体，但并不是所有的压电体都是铁电体。热释电体也是一种压电体，晶体结构同样不具有对称中心；温度变化可以引起极化强度改变，但不 一定所有的压电体都是热释电体，有的铁电体也是热释电体。总之，压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。l 仁然晴好881437问：以Si为例，CZ、FZ晶体生长技术有何异同？【答】CZ是直拉法，就是首先把多晶硅置于坩埚内加热熔化，然后采用小的结晶“种子”籽晶， 再慢慢向上提升、结晶，获得大的单晶锭