这一部分终于更新完了，没想到最后写了这么多。为了更方便的理清半导体器件物理的内容，我做了一个很简略的思维导图，思维导图里有着跳转到每一篇文章的链接。我使用的是xmind软件做的思维导图，xmind文件和pdf文件我一并打包好放到了链接里，有需要的可以下载。

链接：https://pan.baidu.com/s/1mbl0oGNAF7bpmXV6sQcGBQ
提取码：rain

下面是这个思维导图的大纲。

半导体物理部分

晶体和半导体

• 晶体结构——单晶/多晶/非晶
• 半导体的载流子——电子和空穴
• 半导体/导体/绝缘体能带特点

掺杂半导体

• N型半导体

  • 自由电子+正电中心

• P型半导体

  • 自由空穴+负电中心

• 拓展

  • 电子杀手/空穴杀手

费米能级及载流子分布

• 费米分布

• 玻尔兹曼分布

$$
E-E_F\gg k_0T
$$

• 载流子分布

  • 分布函数*状态密度

• 禁带变窄效应

漂移运动和扩散运动

• 热运动

• 漂移运动

  • 电场引起的运动

  • 散射

    • 电离杂质散射
    • 晶格振动散射

  • 迁移率

• 扩散运动

  • 浓度梯度引起的运动
  • 扩散系数

产生和复合

• 非平衡载流子的产生

  • 电中性条件下，Δn=Δp
  • 光注入/电注入等
  • 非平衡载流子——准费米能级

• 非平衡载流子的复合

  • 复合寿命

  • 复合机制

    • 直接复合
    • 间接复合

  • 陷阱效应

连续性方程

• 漂移扩散电流

• 爱因斯坦关系式

  • 给出了迁移率和扩散系数的关系

• 连续性方程

  • 单位时间内载流子的变化等于产生的载流子减去复合的载流子

半导体器件部分

结型器件

• PN结

  • 平衡状态下的PN结

    • 电场电势分布

    • 势垒区、空间电荷区、耗尽区

      • 耗尽区并不是说没有载流子，而是载流子浓度相比于掺杂浓度很低

  • 反偏特性

    • C-V曲线

  • 正偏特性

    • I-V曲线

      • IV曲线还包括反偏的部分

    • 电容包括势垒电容和扩散电容

    • 电荷存储

      • 电流I和存储电荷Q总是通过一个电荷存储时间联系在一起的

  • 应用

    • 太阳能电池

      • 光注入+电注入

    • 发光二极管

      • 辐射复合

    • 二极管激光器

      • 受激发射
      • 粒子数分布反转

    • 光电二极管

      • 光照射反向偏置的PN结

• BJT

  • 电流特性

    • 结构及特点

      • 多子和少子共同作用

    • 集电极电流

    • 基极电流

  • 电流增益

    • 共基极电流增益α

    • 共射极电流增益β

    • 提升增益的方法

      • 没有一种方法是十全十美的，将改善方法与这些方法导致的问题一起记忆，将更容易理解

    • 发射区带隙变窄

    • 异质结BJT

    • 多晶硅发射区

    • 增益在高Ic和低Ic时的下降

      • 高Ic——大注入效应
      • 低Ic——空间电荷区电流

    • 基区宽度调制

  • 动态特性

    • 渡越时间与电荷存储

      • 与PN结类似

    • 内建基区电场

    • Kirk效应

      • 耗尽区不再“耗尽”

    • 小信号模型

• 金半接触

  • 肖特基接触

    • 功函数与亲和能

    • Schottky势垒

      • 这是由功函数引起的，不可避免

    • 费米钉扎效应

    • 热发射理论

      • 核心思想：电子平均运动速度只受温度影响，不受外界电压影响

    • IV特性

  • 欧姆接触

    • 利用隧穿效应

场效应器件

• MOS

  • 工作状态

    • 平带状态

    • 表面积累

    • 表面耗尽

    • 强反型临界状态

      • 阈值电压

    • 强反型状态

  • C-V特性

    • CV特性
    • 多晶硅栅的耗尽

    • 量子力学效应

      • 反型层厚度
      • 能级量子化

  • 应用

    • CCD成像传感器

      • 利用MOS电容产生反型速度慢的特点

• MOSFET

  • MOSFET中的MOS结构

    • 表面迁移率
    • 体效应
    • 反型层电荷

  • IV特性

  • IV特性的修正

    • 速度饱和
    • 长沟/短沟
    • 源漏寄生电阻
    • 速度过冲
    • 输出电导

  • 应用——存储器

    • SRAM
    • DRAM
    • Flash

  • 面临的问题与改进

    • 问题

      • 亚阈值区电流
      • 短沟道的影响
      • DIBL

    • 改进

      • 对材料参数的改进

        • 降低Tox

          • 高k介质

        • 降低Wdep

          • 超陡倒掺杂分布

        • 降低Xj

      • 对结构的改进

        • SOI
        • 多栅MOSFET