半导体器件原理简明教程习题答案傅兴华Word格式文档下载.docx

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,计算费米能级相对于本征费米能级的位置,画出能带图.

T=300K→

该半导体是p型半导体

1.27砷化镓中施主杂质浓度为

，分别计算T=300K、400K的电阻率和电导率。

电导率

，电阻率

1.40半导体中载流子浓度

本征载流子浓度

非平衡空穴浓度

非平衡空穴的寿命

计算电子-空穴的复合率,计算载流子的费米能级和准费米能级.

解因为是n型半导体

2.2有两个pn结,其中一个结的杂质浓度

另一个结的杂质浓度

在室温全电离近似下分别求它们的接触电势差,并解释为什么杂质浓度不同接触电势差的大小也不同.

解接触电势差

可知

与

有关,所以杂质浓度不同接触电势差也不同.

2.5硅pn结

分别画出正偏0.5V、反偏1V时的能带图.

=

正偏:

反偏:

2.12硅pn结的杂质浓度分别为

n区和p区的宽度大于少数载流子扩散长度,

结面积=1600

取

计算

（1）在T=300K下,正向电流等于1mA时的外加电压；

（2）要使电流从1mA增大到3mA,外加电压应增大多少?

（3）维持

（1）的电压不变,当温度T由300K上升到400K时,电流上升到多少?

解

（1）

（2）

（3）

......

2.14根据理想的pn结电流电压方程，计算反向电流等于反向饱和电流的70%时的反偏电压值。

2.22硅pn结的杂质浓度,计算pn结的反向击穿电压,如果要使其反向电压提高到300V,n侧的电阻率应为多少?

解

（1）反向击穿电压

2.24硅突变pn结

设pn结击穿时的最大电场为

计算pn结的击穿电压.

解突变结反向击穿电压

2.25在杂质浓度

的硅衬底上扩散硼形成pn结,硼扩散的便面浓度为

结深

求此pn结5V反向电压下的势垒电容.

2.26已知硅

结n区电阻率为

求pn结的雪崩击穿电压,击穿时的耗尽区宽度和最大电场强度.（硅pn结

，锗pn结

）

3.5以npn硅平面晶体管为例,在放大偏压条件下从发射极欧姆接触处进入的电子流,在晶体管的发射区、发射结空间电荷区、基区、集电极势垒区和集电区的传输过程中,以什么运动形式（扩散或漂移）为主?

解发射区-扩散发射结空间电荷区-漂移基区-扩散集电极势垒区-漂移集电区-扩散

3.6三个npn晶体管的基区杂质浓度和基区宽度如表所示，其余材料参数和结构参数想同，就下列特性参数判断哪一个晶体管具有最大值并简述理由。

（1）发射结注入效率。

（2）基区输运系数。

（3）穿通电压。

（4）相同BC结反向偏压下的BC结耗尽层电容。

（5）共发射极电流增益。

器件

基区杂质浓度

基区宽度

A

B

C

（4）

（5）

3.9硅npn晶体管的材料参数和结构如下：

发射区

基区

集电区

计算晶体管的发射结注入效率

，基区输运系数

，计算复合系数

，并由此计算晶体管的共发射极电流放大系数

。

解

3.13已知npn非均匀基区晶体管的有关参数为

电子扩散系数

本征基区方块电阻

计算其电流放大系数

基区输运系数

（基区宽度

，基区少子扩散长度

）,发射结注入效率

（

&

发射区和基区的方块电阻）

发射结复合系数

共基极直流电流放大系数

=0.9971

共发射极直流电流放大系数

=352.1489

3.34硅晶体管的标称耗散功率为20W,总热阻为

满负荷条件下允许的最高环境温度是多少?

（硅

，锗

解最大耗散功率

满负荷条件下有

，其中

3.39晶体管穿通后的特性如何变化?

某晶体管的基区杂质浓度

集电区的杂质浓度

基区的宽度

集电区宽度

求晶体管的击穿电压.

解集电极电流不再受基极电流的控制，集电极电流的大小只受发射区和集电区体电阻的限制，外电路将出现很大的电流。

穿通电压

，冶金基区的扩展

4.1简要说明JFET的工作原理

解N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。

N沟道结型场效应管工作时也需要外加偏置电压，即在栅-源极间加一负电压（

），使栅-源极间的

结反偏，栅极电流

，场效应管呈现很高的输入电阻（高达108

左右）。

在漏-源极间加一正电压（

），使N沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流

的大小主要受栅-源电压

控制，同时也受漏-源电压

的影响。

因此，讨论场效应管的工作原理就是讨论栅-源电压vGS对漏极电流

（或沟道电阻）的控制作用，以及漏-源电压

对漏极电流

4.3n沟道JFET有关材料参数和结构是：

，沟道宽度是Z=0.1mm，沟道长度

，沟道厚度是

，计算

（1）栅

结的接触电势差；

（2）夹断电压；

（3）冶金沟道电导；

时的沟道电导（考虑空间电荷区使沟道变窄后的电导）。

（4）若为突变

结，

4.7绘出n型衬底MOS二极管的能带图，讨论其表面积累、耗尽、弱反型和强反型状态。

解见旁边图！

4.12简述p沟道MOSFET的工作原理。

解截止：

漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。

p基区与n漂移区之间形成的pn结

反偏，漏源极之间无电流流过。

导电：

在栅源极间加正电压

，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。

但栅极的正电压会将其下面p区中的空穴推开，而将p区中的少子-电子吸引到栅极下面的p区表面，当

大于

（开启电压或阈值电压）时，栅极下p区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使p型半导体反型成n型而成为反型层，该反型层形成n沟道而使pn结

消失，漏极和源极导电。

4.15已知n沟道MOSFET的沟道长度

，沟道宽度

，栅氧化层厚度

，阈值电压

，衬底杂质浓度

，求栅极电压等于7V时的漏源饱和电流。

在此条件下，

等于几伏时漏端沟道开始夹断？

计算中取

解饱和漏源电流

，

4.16在

的p型硅<

111>

衬底上，氧化层厚度为70nm，

层等效电荷面密度为

，计算MOSFET的阈值电压。

解阈值电压

，耗尽区宽度最大值

单位面积氧化层电容

4.19用

的n沟道MOSFET作为可变电阻，要获得

的电阻，沟道电子浓度应为多少？

应为多少？

对

有什么要求？

解跨导

5.2T=300K，n型硅衬底杂质浓度为

，绘出平衡态金-硅接触能带图，计算肖特基势垒高度

、半导体侧的接触电势差

、空间电荷区厚度W。

5.4分别绘出钛Ti与n型硅和p型硅理想接触的能带图。

如果是整流接触，设硅衬底，分别计算肖特基势垒高度

5.10T=300K，n型硅衬底杂质浓度为

，计算金属铝-硅肖特基接触平衡态的反向电流

、正偏电压为5V时的电流。

计算中取理查森常数

5.13分别绘出GaAlAs-GsAs半导体Pn结和Np结的平衡能带图。

6.3假定GaAs导带电子分布在导带底之上0~3/2kT范围内，价带空穴分布在价带顶之上0~3/2kT范围内，计算辐射光子的波长范围和频带宽度。

6.6T=300K，考虑一个硅pn结光电二极管，外加反向偏压6V，稳态光产生率为

，pn结参数为：

计算其光电流密度，比较空间电荷区和扩散区对光电流密度的贡献。

稳态光电流密度

6.8利用带隙工程，镓-铝-砷（

）和镓-砷-磷（

）可获得的最大辐射光波长的值是多少？

6.9分别计算镓-铝-砷（

）当x=0.3时辐射光的波长。

解同6.8，x=0.3！

（1）能带：

由原子轨道所构成的分子轨道的数量非常大，以至于可以将所形成的分子轨道的能级看成是准连续的，即形成能带。

（2）半导体能带特点：

有带隙，电绝缘小，导带全空，价带全满。

（3）本征半导体：

纯净的无缺陷半导体。

（4）本征空穴：

在纯硅中由于+3价的铟或铝的原子周围有3个价电子，与同价硅原子组成共价结会少一个电子，形成空穴。

（5）本征电子：

在纯硅中掺入V族元素，使之取代晶格中硅原子的位置。

（6）同质pn结：

由导电类型相反的同一种半导体单晶材料组成的pn结。

（7）异质pn结：

由两种不同的半导体单晶材料组成。

（8）LED发光原理：

当两端加上正向电压，半导体中的自由电子和空穴发生复合，放出过多能量而引发光子发射；

优点：

工作寿命长、耗电低、反应时间快、体积小重量轻高抗击、易调光、换颜色可控性大。

（9）pn结I-V特性：

半导体

禁带宽度

/eV

迁移率/[300K,

]

相对介电常数

电子亲和势x/eV

本征载流子浓度

/

300K

0K

电子

空穴

Ge

0.66

0.7437

3900

1900

16.0

4.0

Si

1.12

1.170

1350

500

11.6

4.05

GaAs

1.42

1.519

8500

400

13.1

4.07

功函数：

Ag4.26，Au5.1，Al4.28，Ga4.2，As3.75，Ti4.33，Si4.85

电子电荷

，普朗克常数

（注：

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