《半导体物理学》习地训练题目库Word格式文档下载.docx

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FP（Ei为参考）的位置示意图。

（d）画出平衡下的能带图，标出EC、Ev、Efp、E能级的位置，在此基础上再画出光注入时，Efp'

和Efn'

并说明偏离Efp的程度是不同的。

12.室温下施主杂质浓度Nd=4X1015cm-3的N型半导体，测得载流子迁移率口n=1050cm2/Vs,^p=400cm2/Vs,KT/q=0.026V,求相应的扩散系数和扩散长度为多少？

第2章思考题和习题

1.简述PN结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程。

2.画出平衡PN结，正向PN结与反向PN结的能带图，并进行比较。

3.如图2-69所示，试分析正向小注入时，电子与空穴在5个区域中的运动情况。

4.仍如图2-69为例试分析PN结加反向偏压时，电子与空穴在5个区域中的运动情况。

5试画出正、反向PN结少子浓度分布示意图，写出边界少子浓度及少子浓度分布式，并给予比较。

6.用平衡PN结的净空穴等于零的方法，推导出突变结的接触电动势差Ud表达式。

7.简述正反向PN结的电流转换和传输机理。

&

何为正向PN结空间电荷区复合电流和反向PN结空间电荷区的产生电流。

9.写出正、反向电流—电压关系表达式，画出PN结的伏安特性曲线,并解释pN结的整流特性特性。

10.推导硅突变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。

并画出示意图。

11.推导线性缓变变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。

并画出示意图。

12.什么叫PN结的击穿与击穿电压，简述PN结雪崩击穿与隧道击穿的机理，并说明两者之间的不同之处。

13.如何提高硅单边突变结的雪崩击穿电压？

14.如何提高线性缓变结的雪崩击穿电压？

15.如何减小PN结的表面漏电流？

16.什么叫PN结的电容效应、势垒电容和扩散电容？

17.什么叫做二极管的反向恢复过程和反向恢复时间？

提高二极管开关速度的途径有哪些?

18

.以N型硅片为衬底扩硼制备PN结，已知硼的分布为高斯函数分布，衬底浓度Nd=1xi015/cm3，在扩散温度为1180C下硼在硅中的扩散系数D=1.5x10-12cm2/s，扩散时间t=30min，扩散结深Xj=2.7gm。

试求：

①扩散层表面杂质浓度Ns?

②结深处的浓度梯度

杂质浓度不同，接触电动势差的大小也不同。

153

10cm

O

②外加正向电压为°

.5V时的正向电流密度J?

③电子电流与空穴电流的比值？

并给以解释。

22.仍以上题的条件为例，假设gn计算4V反向偏压时的产

生电流密度。

23.最大电场强度（T=300K）?

求反型电压300V时的最大电场强

度。

204

24.对于一个浓度梯度为10cm的硅线性缓变结，耗尽层宽度为

0-5m。

计算最大电场强度和结的总电压降。

193153A.32

25.一硅PN结，其Na10cm,Nd10cm，面积A110cm，计算

反向偏压U分别等于5V和10/的么势垒电容Ct、空间电荷区宽度Xm和最大电场强度Em。

163

26.计算硅PN结的击穿电压，其Nd10cm（利用简化式）。

27.在衬底杂质浓度Nd510cm的N型硅晶片上进行硼扩散，形成

183

PN结,硼扩散后的表面浓度Ns10cm,结深Xj5m。

试求结深处的

浓度梯度aj，施加反向偏压5时的单位面积势垒电容和击穿电压UB。

28.设计一PN突变结二极管。

其反向电压为，且正向偏压为°

兀时的正向电流为2・2mA。

并假设p010?

s。

29.一硅PN结，Nd10cm，求击穿时的耗尽层宽度，若N区减小到5m计算击穿电压并进行比较。

183153

30.一个理想的硅突变结Na10cm,Nd10cm，求①计算250K、300K、400K、500K下的内建电场Ud，并画出Ud对温度T的关系曲线。

②用能带图讨论所得结果。

③求300K下零偏压的耗尽层宽度和

最大电场

第3章思考题和习题

1.画出PNP晶体管在平衡和有源工作模式下的能带图和少子分布示

意图。

2.画出正偏置的NPN晶体管载流子输运过程示意图，并解释电流传输和转换机理。

3•解释发射效率丫o和基区输运系数Bo*的物理意义。

4•解释晶体管共基极直流电流放大系数ao,共发射极直流电流放大系数Bo的含义，并写出a0、旳、丫0和Bo*的关系式。

5•什么叫均匀基层晶体管和缓变基区晶体管？

两者在工作原理上有什么不同？

6.画出晶体管共基极、共发射机直流输出、输出特性曲线、并讨论它们之间的异同。

7.晶体管的反向电流ICEO、Ieeo、Iceo是如何定义的？

写出ICEO与ICEO之间的关系式并加以讨论。

8.晶体管的反向击穿电压EUceo、EUceo、EUeeo是如何定义的？

写出EUceo与EUceo之间的关系式，并加以讨论。

9.高频时晶体管电流放大系数下降的原因是什么？

10.描写晶体管的频率参数主要有哪些？

它们分别的含义是什么？

11.影响特征频率fT的因素是什么？

如何特征频率fT？

12.画出晶体管共基极咼频等效电路图和共发射极咼频等效电路图。

13.大电流时晶体管的Bo、fT下降的主要原因是什么？

14.简要叙述大注入效应、基区扩展效应、发射极电流集边效应的机理。

15.什么叫晶体管最大耗散功率PCM?

它与哪些因素有关？

如何减少晶体管热阻RT？

16.画出晶体管的开关波形，图中注明延迟时间Td、上升时间tr、储存时间ts、下降时间tf，并解释其物理意义。

17.解释晶体管的饱和状态、截止状态、临界饱和和深饱和的物理意义。

18.以NPN硅平面为例，当发射结正偏、集电结反偏状态下，分别说明从发射极进入的电子流，在晶体管的发射区、发射结势垒区、基区、集电结势垒和集电区的传输过程中，以什么运动形式（指扩散或漂移）为主。

19.试比较fa、fB、f丁的相对大小。

20.画出晶体管饱和态时的载流子分布，并简述超量存储电荷的消失过程。

21.画出普通晶闸的基本结构图，并简述其基本工作原理。

22.有一低频小功率合金晶体管，用N型Ge作基片，其电阻率为

1.5cm，用烧铟合金方法制备发射区和集电区，两区掺杂浓度约为

3X1018/cm3，求ro（已知Wb=50m,Lne=5m）。

23.某一对称的P+NP+错合金管，基区宽度为5m,基区杂质浓度为5X1015cm-3，基区空穴寿命为10s（Ae=Ac=10-3cm2）。

计算在Ueb=0.26V、Ucb=-50V时的基极电流Ib?

求出上述条件下的a0和Bo（r0~1）。

24.已知均匀基区硅NPN晶体管的丫0=0.99,

BUcbo=150V,Wb=18.7m，基区中电子寿命Tb=1us（若忽略发射结空间电荷区复合和基区表面复合），求a0、B°

*和BUceo（设

Dn=35cm2/s）.

25.已知NPN双扩散外延平面晶体管，集电区电阻率pc=1.2Qcm,集电区厚度Wc=10m，硼扩散表面浓度Nbs=5X1018cm-3，结深Xjc=1.4m。

求集电极偏置电压分别为25V和2V时产生基区扩展效应的临界电流密度。

26.已知P+NP晶体管，其发射区、基区、集电区德杂质浓度分别为

5xi018cm-3、2xi016cm-3、1xi015cm-3，基区宽度Wb=1.0m,

器件截面积为0.2mm2,当发射结上的正向偏压为0.5V，集电结反向偏压为5V时，计算：

（1）中性基区宽度？

（2）发射结少数载流子浓度？

27.对于习题26中的晶体管，少数载流子在发射区、基区、集电区德扩散系数分别为52cm2/s、40cm2/s、115cm2/s，对应的少数载流寿命分别为10-8s、10-7s、10-6s，求晶体管的各电流分量？

28.利用习题26、习题27所得到的结果，求出晶体管的端点电流Ie、Ic和Ib。

求出晶体管的发射效率、基区输运系数、共基极电流增益和共发射极电流增益，并讨论如何改善发射效率和基区运输系数？

29.判断下列两个晶体管的最大电压的机构是否穿通：

晶体管1:

BUcbo=105V;

BUceo=96V;

BUebo=9V;

BUces=105V

（BUces为基极发射极短路时的集电极发射极击穿电压）晶体管2:

BUcbo=75V;

BUceo=59V;

BUebo=6V。

30.已知NPN晶体管共发射极电流增益低频值^0=100,在20MHz下测得电流增益|创=60。

求工作频率上升到400MHz时，B下降到多少？

计算出该管的？

B和？

T。

31.分别画出NPN晶体管小注入和大注入时基区少子分布图，简述两者的区别于原因。

32.硅NPN平面晶体管，其外延厚度为10^m,掺杂浓度N=1015.cm-3，计算|Ucb|=20V时，产生有效基区扩展效应的临界电流密度。

33.晶体管处于饱和状态时Ie=Ic+Ib的关系式是否成立？

画出少子的分布与电流传输图，并加以说明。

34.对于具有同样几何形状、杂质分布和少子寿命的硅和错PNP、

NPN管，哪一种晶体管的开关速度最快？

35.硅NPN平面管的基区杂质为高斯分布，在发射区表面的受主浓度为1019cm-3，发射结构深度为0.75am,集电结结深为1.5集电区杂质浓度为1015cm-3，试求其最大集电极电流浓度？

36.硅晶体管的集电区总厚度为100am,面积为10-4cm2，当集电极电压为10V电流为100mA时，其结温与管壳温度之差为几度（忽略其他介质的热阻）？

37.硅NPN晶体管的基区平均杂质浓度为5X1017cm-3，基区宽度为2,发射极条宽为12am,（3=50,如果基区横向压降为kT/q,求发射极最大电流密度。

38.在习题37中晶体管的？

t为800MHz，工作频率为500MHz,如果通过发射极的电流浓度为3000A/cm2，则其发射极有效条宽应为多少？

第4章思考题和习题

I.试画出Ug=0时，P衬底的SiO2栅极的MOS二级管能带图。

2•试画出P型衬底的理想MOS二极管不同偏压下对应截流子积累、耗尽及强反型的能带图及电荷分布示意图。

3.试画出SiO2—Si系统的电荷分布图。

4.N沟和P沟MOS场效应晶体管有什么不同？

概述其基本工作原理。

5.制作N沟增强型MOS管衬底材料的电阻率与制作N沟耗尽型MOS管衬底的电阻率，哪个选的应高一些，为什么？

6.MOS场效应晶体管的阈值电压Ut值电压受那些因素的影响？

其中最重要的是哪个？

7.MOS场效应晶体管的输出特性曲线可分为哪几个区？

每个区所对

应的工作状态是什么？

8.用推导N沟MOS器件漏电流表示式的方法，试推导出P沟MOS器件的漏电流表示式。

9.为什么MOS场效应晶体管的饱和电流并不完全饱和？

10.MOS场效应晶体管跨导的物理意义是什么？

II.如何提高MOS场效应晶体管的频率特性？

12.MOS场效应晶体管的开关特性与什么因素有关？

如何提高其开关速度？

13.短沟道效应对MOS场效应晶体管特性产生什么影响？

14.已知P沟MOS器件的衬底杂质浓度Nd=5xi015cm-3，栅氧化

层厚度tox=100nm，栅电极材料为金属铝，测得器件的值电压

Ug=-2.5V。

试计算SiO2中的正电荷密度Qox;

若加上衬底偏置电压Ubs=10V，值电压漂移多少？

分别计算Ubs为0V、10V时最大耗尽层宽度？

15.已知N沟MOS器件的衬底杂质浓度Na=5xi015cm-3，栅极为金属铝，栅氧化层厚度tox=15Onm,SQ2中的正电荷密度Qox=1X

1022q/cm2（q为电子电荷），试求该管的阈值电压Ut?

并说明它是耗尽型还是增强型的？

16.如果一个MOS场效应晶体管的Ut=0V,Ugs=4V,bs=3mA时，

MOS管是否工作在饱和区？

17.在掺杂浓度NA=1015cm-3P型Si衬底上制作两个N沟MOS管，其栅SiO2层的厚度分别为100nm和200nm，若Ugs-Ufb=15V,则Uds为多少时，漏极电流达到饱和？

18.已知N沟MOS器件具有下列参数：

Na二1X1016cm-3=

500cm2/V.S,tOX=15Onm,L=4^m，沟道宽度W=100am,Ut=0.5V。

试计算Ugs=4V时的跨导gms;

若已知Qox=5X1010C/cm2，试计算Ugs=4V,Uds=10A时的器件的饱和漏电导gDsat；

试计算器件的截止频率fT？

19.已知N沟MOS器件Na二1X1016cm-3,tox=150nm,L=4

am试计算Ugs=0V时，器件的漏源击穿电压，并解释击穿受什么限制。

20.定性说明在什么情况下MOS场效应晶体管会出现短沟道效应？

第5章半导体器件制备技术

1.硅的晶格常数为5.43?

，假设硅原子为一硬球模型，试计算硅原子的半径和确定硅原子的浓度为多少？

2.用于柴可拉斯基法的籽晶，通常先拉成一小直径（5.5mm）的狭窄颈以作为无位错生长的开始，如果硅的临界屈服度为2X106g/cm2，试计算此籽晶可以支撑的200mm直径单晶锭的最大长度。

3.在利用柴可拉斯基法锁生长的晶体中掺入硼原子，为何在尾端的硼原子浓度会比籽晶端的浓度高？

4.简述热氧化形成SiO2的机理和制备SiO2的方法？

5.试比较湿法化学腐蚀和干法刻蚀的优缺点。

6.假设测得的磷扩散分布可以用高斯函数表示，其扩散系数D=2.3

Xl0-13cm/s，测出的表面浓度是1Xl018cm-3，衬底浓度为1X

1015cm-3，测得结深为1um，试计算扩散时间和扩散层中的全部杂质量。

7.画出离子注入系统示意图，并结合图简述离子注入机理。

、

8.为何在定积多晶硅时，通常以硅烷为气体源，而不以硅氯化物为气体源？

9.解释为何一般锭积多晶硅薄膜的温度普遍较低，大约在600〜650C之间。

10.简述硅平面工艺的过程和各个工序的意义。

第6章Ga在SiO2/Si结构下的开管掺杂

1.简述开展Ga在SiO2/Si结构下单温区开管掺杂的背景。

2.叙述Ga在SiO2/Si系下实现掺杂的原理。

3.简述再分布过程近硅表面Ga的反扩散特性。

4.简述开管扩Ga对晶体管I-V特性的影响。

5.简述开管扩Ga在晶闸管一类器件中的应用原理。