电子科技大学微电子器件习题.docx

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电子科技大学微电子器件习题

第二章PN结

填空题

1、若某突变PN结的P型区的掺杂浓度为NA=1.5×1016cm-3，则室温下该区的平衡多子浓度pp0与平衡少子浓度np0分别为（）和（）。

2、在PN结的空间电荷区中，P区一侧带（）电荷，N区一侧带（）电荷。

内建电场的方向是从（）区指向（）区。

3、当采用耗尽近似时，N型耗尽区中的泊松方程为（）。

由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（）。

4、PN结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（），内建电场的最大值就越（），内建电势Vbi就越（），反向饱和电流I0就越（），势垒电容CT就越（），雪崩击穿电压就越（）。

5、硅突变结内建电势Vbi可表为（），在室温下的典型值为（）伏特。

6、当对PN结外加正向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。

7、当对PN结外加反向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。

8、在P型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度np与外加电压V之间的关系可表示为（）。

若P型区的掺杂浓度NA=1.5×1017cm-3，外加电压V=0.52V，则P型区与耗尽区边界上的少子浓度np为（）。

9、当对PN结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）；当对PN结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）。

10、PN结的正向电流由（）电流、（）电流和（）电流三部分所组成。

11、PN结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（）；PN结的反向电流很小，是因为反向电流的电荷来源是（）。

12、当对PN结外加正向电压时，由N区注入P区的非平衡电子一边向前扩散，一边（）。

每经过一个扩散长度的距离，非平衡电子浓度降到原来的（）。

13、PN结扩散电流的表达式为（）。

这个表达式在正向电压下可简化为（），在反向电压下可简化为（）。

14、在PN结的正向电流中，当电压较低时，以（）电流为主；当电压较高时，以（）电流为主。

15、薄基区二极管是指PN结的某一个或两个中性区的长度小于（）。

在薄基区二极管中，少子浓度的分布近似为（）。

16、小注入条件是指注入某区边界附近的（）浓度远小于该区的（）浓度，因此该区总的多子浓度中的（）多子浓度可以忽略。

17、大注入条件是指注入某区边界附近的（）浓度远大于该区的（）浓度，因此该区总的多子浓度中的（）多子浓度可以忽略。

18、势垒电容反映的是PN结的（）电荷随外加电压的变化率。

PN结的掺杂浓度越高，则势垒电容就越（）；外加反向电压越高，则势垒电容就越（）。

19、扩散电容反映的是PN结的（）电荷随外加电压的变化率。

正向电流越大，则扩散电容就越（）；少子寿命越长，则扩散电容就越（）。

20、在PN结开关管中，在外加电压从正向变为反向后的一段时间内，会出现一个较大的反向电流。

引起这个电流的原因是存储在（）区中的（）电荷。

这个电荷的消失途径有两条，即（）和（）。

21、从器件本身的角度，提高开关管的开关速度的主要措施是（）和（）。

22、PN结的击穿有三种机理，它们分别是（）、（）和（）。

23、PN结的掺杂浓度越高，雪崩击穿电压就越（）；结深越浅，雪崩击穿电压就越（）。

24、雪崩击穿和齐纳击穿的条件分别是（）和（）。

问答与计算题

1、简要叙述PN结空间电荷区的形成过程。

2、什么叫耗尽近似？

什么叫中性近似？

3、什么叫突变结？

什么叫单边突变结？

什么叫线性缓变结？

分别画出上述各种PN结的杂质浓度分布图、内建电场分布图和外加正向电压及反向电压时的少子浓度分布图。

4、PN结势垒区的宽度与哪些因素有关？

5、写出PN结反向饱和电流I0的表达式，并对影响I0的各种因素进行讨论。

6、PN结的正向电流由正向扩散电流和势垒区复合电流组成。

试分别说明这两种电流随外加正向电压的增加而变化的规律。

当正向电压较小时以什么电流为主？

当正向电压较大时以什么电流为主？

7、什么是小注入条件？

什么是大注入条件？

写出小注入条件和大注入条件下的结定律，并讨论两种情况下中性区边界上载流子浓度随外加电压的变化规律。

8、在工程实际中，一般采用什么方法来计算PN结的雪崩击穿电压？

9、简要叙述PN结势垒电容和扩散电容的形成机理及特点。

10、当把PN结作为开关使用时，在直流特性和瞬态特性这两方面，PN结与理想开关相比有哪些差距？

引起PN结反向恢复过程的主要原因是什么？

11、某突变PN结的ND=1.5×1015cm-3,NA=1.5×1018cm-3，试求nn0,pn0,pp0和np0的值，并求当外加0.5V正向电压和（-0.5V）反向电压时的np（-xp）和pn（xn）的值。

12、某突变PN结的ND=1.5×1015cm-3,NA=1.5×1018cm-3，计算该PN结的内建电势Vbi之值。

13、有一个P沟道MOSFET的衬底掺杂浓度为ND=1.5×1015cm-3，另一个N沟道MOSFET的衬底掺杂浓度为NA=1.5×1018cm-3。

试分别求这两个MOSFET的衬底费米势，并将这两个衬底费米势之和与上题的Vbi相比较。

14、某突变PN结的ND=1.5×1015cm-3,NA=1.5×1018cm-3，试问Jdp是Jdn的多少倍？

15、已知某PN结的反向饱和电流为Io=10-12A，试分别求当外加0.5V正向电压和（-0.5V）反向电压时的PN结扩散电流。

16、已知某PN结的反向饱和电流为Io=10-11A，若以当正向电流达到10-2A作为正向导通的开始，试求正向导通电压VF之值。

若此PN结存在寄生串联电阻Rcs=4Ω，则在同样的测试条件下VF将变为多少？

17、某硅单边突变结的雪崩击穿临界电场EC=3.5×105Vcm-1，开始发生雪崩击穿时的耗尽区宽度xdB=8.57μm，求该PN结的雪崩击穿电压VB。

若对该PN结外加|V|=0.25VB的反向电压，则其耗尽区宽度为多少？

18、如果设单边突变结的雪崩击穿临界电场eC与杂质浓度无关，则为了使雪崩击穿电压VB提高1倍，发生雪崩击穿时的耗尽区宽度xdB应为原来的多少倍？

低掺杂区的杂质浓度应为原来的多少倍？

19、某突变PN结的Vbi=0.7V，当外加-4.3V的反向电压时测得其势垒电容为8pF，则当外加-19.3V的反向电压时其势垒电容应为多少？

20、某突变结的内建电势Vbi=0.7V，当外加电压V=0.3V时的势垒电容与扩散电容分别是2pF和2×10-4pF，试求当外加电压V=0.6V时的势垒电容与扩散电容分别是多少？

21、某硅突变结的nA=1×1016cm-3，nD=5×1016cm-3，试计算平衡状态下的

（1）内建电势Vbi；

（2）P区耗尽区宽度xp、N区耗尽区宽度xn及总的耗尽区宽度xD；

（3）最大电场强度εmax。

22、某单边突变结在平衡状态时的势垒区宽度为xD0，试求外加反向电压应为内建电势Vbi的多少倍时，才能使势垒区宽度分别达到2xd0和3xd0。

23、一块同一导电类型的半导体，当掺杂浓度不均匀时，也会存在内建电场和内建电势。

设一块N型硅的两个相邻区域的施主杂质浓度分别为nD1和nD2，试推导出这两个区域之间的内建电势公式。

如果nD1=1×1020cm-3，

nD2=1×1016cm-3，则室温下内建电势为多少？

24、试推导出杂质浓度为指数分布N=N0exp（-x/l）的中性区的内建电场表达式。

若某具有这种杂质浓度分布的硅的表面杂质浓度为1018cm-3，λ=0.4μm，试求其内建电场的大小。

再将此电场与某突变PN结的耗尽区中最大电场作比较，该突变PN结的nA=1018cm-3，nD=1015cm-3。

25、图P2-1所示为硅PIN结的杂质浓度分布图，符号I代表本征区。

（1）试推导出该PIN结的内建电场表达式和各耗尽区长度的表达式，并画出内建电场分布图。

（2）将此PIN结的最大电场与不包含I区的PN结的最大电场进行比较。

设后者的P区与N区的掺杂浓度分别与前者的P区与N区的相同。

图P2-1

图P2-2

26、某硅中的杂质浓度分布如图P2-2所示，施主杂质和受主杂质的浓度分别为ND（x）=1016exp（-x/2×10-4）cm-3和NA（x）=NA（0）exp（-x/10-4）cm-3

（1）如果要使结深xJ=1μm，则受主杂质的表面浓度nA（0）应为多少？

（2）试计算结深处的杂质浓度梯度A的值。

（3）若将此PN结近似为线性缓变结，设Vbi=0.7V，试计算平衡时的耗尽区最大电场εmax，并画出内建电场分布图。

27、试证明在一个P区电导率σp远大于N区电导率σn的PN结中，当外加正向电压时空穴电流远大于电子电流。

28、已知nI2=NCNVexp（-eG/kT）=CkT3exp（-eG0/kT），式中nC、nV分别代表导带底、价带顶的有效状态密度，eG0代表绝对零度下的禁带宽度。

低温时反向饱和电流以势垒区产生电流为主。

试求反向饱和电流I0与温度的关系，并求I0随温度的相对变化率（dI0/dT）/I0，同时画出电压一定时的I0~T曲线。

29、某P+N-N+结的雪崩击穿临界电场εc为32V/μm，当N-区的长度足够长时，击穿电压VB为144V。

试求当N-区的长度缩短为3μm时的击穿电压为多少？

30、已知某硅单边突变结的内建电势为0.6V，当外加反向电压为3.0V时测得势垒电容为10pF，试计算当外加0.2V正向电压时的势垒电容。

31、某结面积为10-5cm2的硅单边突变结，当（Vbi-V）为1.0V时测得其结电容为1.3pF，试计算该PN结低掺杂一侧的杂质浓度为多少？

32、某PN结当正向电流为10mA时，室温下的小信号电导与小信号电阻各为多少？

当温度为100°C时它们的值又为多少？

33、某单边突变P+N结的N区杂质浓度nD=1016cm-3，N区少子扩散长度Lp=10μm，结面积A=0.01cm2，外加0.6V的正向电压。

试计算当N区厚度分别为100μm和3μm时存储在N区中的非平衡少子的数目。

第三章双极结型晶体管

填空题

1、晶体管的基区输运系数是指（）电流与（）电流之比。

由于少子在渡越基区的过程中会发生（），从而使基区输运系数（）。

为了提高基区输运系数，应当使基区宽度（）基区少子扩散长度。

2、晶体管中的少子在渡越（）的过程中会发生（），从而使到达集电结的少子比从发射结注入基区的少子（）。

3、晶体管的注入效率是指（）电流与（）电流之比。

为了提高注入效率，应当使（）区掺杂浓度远大于（）区掺杂浓度。

4、晶体管的共基极直流短路电流放大系数α是指发射结（）偏、集电结（）偏时的（）电流与（）电流之比。

5、晶体管的共发射极直流短路电流放大系数β是指（）结正偏、（）结零偏时的（）电流与（）电流之比。

6、在设计与制造晶体管时，为提高晶体管的电流放大系数，应当（）基区宽度，（）基区掺杂浓度。

7、某长方形薄层材料的方块电阻为100Ω，长度和宽度分别为300μm和60μm，则其长度方向和宽度方向上的电阻分别为（）和（）。

若要获得1kΩ的电阻，则该材料的长度应改变为（）。

8、在缓变基区晶体管的基区中会产生一个（），它对少子在基区中的运动起到（）的作用，使少子的基区渡越时间（）。

9、小电流时α会（）。

这是由于小电流时，发射极电流中（）的比例增大，使注入效率下降。

10、发射区重掺杂效应是指当发射区掺杂浓度太高时，不但不能提高（），反而会使其（）。

造成发射区重掺杂效