半導(dǎo)體器件物理半器綱要及歷年題目

.二[20分]PN)II0PN結(jié)擴(kuò)散區(qū)內(nèi)的載流子產(chǎn)生電流。三[10分]雙極結(jié)型晶體管E-M方程為：F RE eVEVT1 F RE FFFFC根據(jù)以上給出BJT四種模式下E-M方程的具體形式。四[10分]一個N溝MOSFET： ZnCo(V )V Z15m,L2m,C06.9108F/cm2.性區(qū)，固定 DVG1.5V時,ID35A;VG2.5V時ID75A。根據(jù)以上實(shí)驗求溝道內(nèi)載流子遷移率 ZnC0(V 五[15分]一N溝GaAsNC4.71017cm3

b0.9V,Nd21015cm3,a

2k0q1.61019C08.851012Fm，GaAsks六[15分]PN二極管受到一個光源的均勻照射，所引起的電子-空穴產(chǎn)生速率為GL

GP(P(eV/VT1)

Dp)ex/LP

l ILqGL(LnLpA.答：1.GaP中摻入氮時，氮可能取代晶格上的磷原子。氮和磷都是V族元素，它們的價電子數(shù)相同，因此稱N為等電子雜質(zhì)。它可以俘獲電子。形成電子的束縛狀態(tài)—等電子陷阱。氮俘獲電子以后，又因庫侖作用而俘獲空穴俘獲的電子和空穴形成激子。這種激子通過輻射復(fù)合時，在室溫下發(fā)射波長入=570nm綠光。GaP摻入鋅和氧后，Zn原子一般占據(jù)晶格中Ga的位置，而O則占據(jù)P的位置。由GaP的晶格結(jié)構(gòu)可以看出，GaP處于相鄰位置。ZnO取代后必然處于相鄰的位置。于是形成了ZnO對等電子陷阱。由于氧原子是電子親合力強(qiáng)的原子，即使處于陽性原子Zn的最近鄰位置也能俘獲電子。俘獲電子后ZnO對便帶負(fù)電，由于庫侖力又去俘獲空穴，從而形成激子。激子復(fù)合便發(fā)出紅色輻射。在這種器件中，在GaAs二極管的頂面上生長一附加的AlGaAs層，因為AlGaAs材料的禁帶寬度大于GaAs的禁帶寬度，所以發(fā)射的光子不會被附加層所吸收。與此同時，在AlGaAsGaAs界面上的復(fù)合中心密度顯著的低于沒有AlGaAsGaAs表面的復(fù)合中心密度。因而，距離界面的結(jié)深可以做得很小。從而有效地提高了量子效率。耗盡層電容是由PN結(jié)空間電荷隨PN結(jié)外加偏壓變化而引起的。擴(kuò)散電容是PN結(jié)電荷引起的。在PN結(jié)反偏情況下前者起主要作用，后者可以忽略。在PN結(jié)正偏情況下后者起主要作用，而前者可以忽略。由于勢壘具有快速開關(guān)響應(yīng)，因而可以把它和NPN晶體管的集電極基極結(jié)并聯(lián)連接，如圖4-13a所示，以減小晶體管的時間。當(dāng)晶體管飽和時，集電結(jié)被正向偏置約達(dá)0.5V。若在二極管上的正向壓降（一般為0.3V低于晶體管基極集電極的開態(tài)電壓，則大部分過量基極電流流過二極管，該二極管沒有少數(shù)載流子效應(yīng)。因此，與單獨(dú)的晶體管相比較，合成器件的時間得到顯著的降低。測得的時間可以低于1ns。在基極開路情況下，隨著VCE的增加，集電結(jié)的空間電荷區(qū)將展寬。很可能在發(fā)生雪崩擊穿之前集電結(jié)的空間電荷區(qū)就已經(jīng)擴(kuò)展到了發(fā)射結(jié)。這種現(xiàn)象叫做基區(qū)穿通?；鶇^(qū)穿通時晶體管擊穿。常稱這種擊穿為穿通擊穿。以NPN晶體管為例?；鶇^(qū)穿通時發(fā)射區(qū)和集電區(qū)被連接成好象續(xù)空間電荷區(qū)?；鶇^(qū)穿通時發(fā)射結(jié)處的勢壘被集電結(jié)電壓降低了V。結(jié)果是，使得大的發(fā)射極電流得以在晶體管當(dāng)中流過并發(fā)生擊穿。解：1.xnx p nn n00 p p-p=Ke-xLp+Ke x=w p- =

p- Kex -p=Ke-xn

(K2 K=-pexnLp代入（1 p-p=-pe-(x-xn n- =-ne(x+xp

xp nQ=qAw(p-

wn-pe-(x-xn)Lpn nQn=qALnnp0 。Qn>0說明電荷是正的（電子被抽取，出現(xiàn)正的電離施假 p=Qp=-p,n=-Qn=- LA LA U

U

U0，可見G=-U0pn0

I=-I=-qA(pn0L+np0L FE FER FF 1 根據(jù)以上給出BJT四種模式下E-M方程的具體形式。解：正向有源模式 FI eVE F

I eVEVT1I F FF F RR FF RI F RR FF R飽和模式

I eVCVT1 FE eVEVT1 eVCVT1FER FF R截止模式IEIF0RIR0ICFIF0IR0[10分]N ZnCo(V )V Z15m,L2m,C06.9108F/cm2.性區(qū)，固定 DVG1.5V時,ID35A;VG2.5V時ID75A。根據(jù)以上實(shí)驗求溝道內(nèi)載流子遷移率 ZnC0(V

ZnC0

ZnC0 VD G 751063510615

n773cm2/VVTH0.625V（G1，1（，2） ZnC0 Z )2Z n0D

G TH2D G 五[15分]N溝GaAsMESFET,b0.9VNd21015cm3a0.6mLZ10mNC4.71017cm3計算0和Vp0

2k0q1.61019C08.851012Fm，GaAsks VVln(c)0.0259ln 21015 Vp0

d0六[15分PN二極管受到一個光源的均勻照射，所引起的電子-空穴產(chǎn)生速率為G

L GL

(eV/VT1)

lp)el

x/Lp lILqGL(LnLp)解：1:

x0

pPNn n0GPNpdx

0

Ld2(ppnoGLp pnpnoG LLpdx LpLpDpp Kex/LpKex/LpG Lx0,ppeV Kp(eV/VT1)G L L2 Gpp P(eV/VT1)Gpex/xpL

Dp

V/V

2x'/LG

npV

np0

T

n LDn n(eVT1)Gex/LpGp L L qAD I(x) n pP(eVT1)Gex/

L qAD I(x) p n (eVT1)Gex/ n

p L

D D II(0)I(0) pno np0)(eVT1)qAG(LL

.