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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
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