半導(dǎo)體器件原理簡(jiǎn)明教程習(xí)題答案傅興華

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半導(dǎo)體器件原理簡(jiǎn)明教程習(xí)題答案

傅興華

1.1簡(jiǎn)述單晶、多晶、非晶體材料結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn).

解整塊固體材料中原子或分子的排列浮現(xiàn)嚴(yán)格一致周期性的稱為單晶材料;原子或分子的排列只在小范圍浮現(xiàn)周期性而在大范圍不具備周期性的是多晶材料;原子或分子沒有任何周期性的是非晶體材料.1.6什么是有效質(zhì)量，根據(jù)E(k)平面上的的能帶圖定性判斷硅鍺和砷化鎵導(dǎo)帶電子的遷移率的相對(duì)大小.解有效質(zhì)量指的是對(duì)加速度的阻力.由能帶圖可知,Ge與Si為間接帶隙半導(dǎo)體,Si的Eg比Ge的Rg大，所以?Ge>?Si.GaAs為直接帶隙半導(dǎo)體,它的躍遷不與晶格交換能量,所以相對(duì)來說?GaAs>?Ge>?Si.1.10假定兩種半導(dǎo)體除禁帶寬度以外的其他性質(zhì)一致,材料1的禁帶寬度為1.1eV,材料2的禁帶寬度為3.0eV,計(jì)算兩種半導(dǎo)體材料的本征載流子濃度比值,哪一種半導(dǎo)體材料更適合制作高溫環(huán)境下工作的器件?15解本征載流子濃度:ni?4.82?10(mdnmdpm02)exp(Eg)kT?兩種半導(dǎo)體除禁帶以外的其他性質(zhì)一致1.9exp(?k1T.1)n1.91?>0?n1?n2?在高溫環(huán)境下n2更適合??exp()?kTn2exp(?k3T.0)kT1.11在300K下硅中電子濃度n0?2?103cm?3,計(jì)算硅中空穴濃度p0,畫出半導(dǎo)體能帶圖,判斷該半導(dǎo)體是n型還是p型半導(dǎo)體.ni(1.5?1010)217?3n0p0?ni?p0???1.125?10cm?p0?n0?是p型半導(dǎo)體解n02?103221.16硅中受主雜質(zhì)濃度為1017cm?3,計(jì)算在300K下的載流子濃度n0和p0,計(jì)算費(fèi)米能級(jí)相對(duì)于本征費(fèi)米能級(jí)的位置,畫出能帶圖.217?3解p0?NA?10cmn0p0?niT=300K→ni?1.5?10cm10?3n?n0?i?2.25?103cm?3?p0?n0?該半導(dǎo)體是p型半導(dǎo)體p02Ei?EFPp01017?KTln()?0.0259?ln()10ni1.5?10

1.27砷化鎵中施主雜質(zhì)濃度為1016cm?3，分別計(jì)算T=300K、400K的電阻率和電導(dǎo)率。

T?300K?ni?2?106cm?3解n0?ND?10cmT?400K?ni?電導(dǎo)率??qn0?n?qp0?p，電阻率??116?3nopo?ni?p0?2nin0?1.40半導(dǎo)體中載流子濃度n0?1014cm?3,本征載流子濃度ni?1010cm?3,非平衡空穴濃度,非平衡空穴的壽命?n0?10s,計(jì)算電子-空穴的復(fù)合率,計(jì)算載流子的費(fèi)米能級(jí)和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí).能級(jí)和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí).解由于是n型半導(dǎo)體?6?n0?1CpNtR?CoNt?p??p?1019cm?n0EFn?Ei?kTln(n0??pp??p)Ei?EFp?kTln(o)nini15?317?32.2有兩個(gè)pn結(jié),其中一個(gè)結(jié)的雜質(zhì)濃度ND?5?10cm,NA?5?10cm,另一個(gè)結(jié)的雜質(zhì)濃度ND?5?10cm,NA?5?10cm,在室溫全電離近似下分別求它們的接觸電勢(shì)差,并解釋為什么雜質(zhì)濃度不同接觸電勢(shì)差的大小也不同.解接觸電勢(shì)差VD?差也不同.17?319?3kTNNln(A2D)可知VD與NA和ND有關(guān),所以雜質(zhì)濃度不同接觸電勢(shì)qni2.5硅pn結(jié)ND?5?1016cm?3,NA?1017cm?3,分別畫出正偏0.5V、反偏1V時(shí)的能帶圖.解T?300K?ni?1.5?1010cm?3kTNAND1.38?10?23?3005?1016?10?6?1017?10?6?2VD?ln()?ln8.02?10V=2?19102q1.6?10(1.5?10)niq(VD?V)?0.37?10?19正偏:qV?0.8?10?19反偏:q(VD?VR)?1.728?10?19qVR?1.6?10?192.12硅pn結(jié)的雜質(zhì)濃度分別為ND?3?1017cm?3,NA?1?1015cm?3,n區(qū)和p區(qū)的寬度大

于少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度,?n??p?1?s,結(jié)面積=1600?m2,取

Dn?25cm2/s,Dp?13cm2/s,計(jì)算

(1)在T=300K下,正向電流等于1mA時(shí)的外加電壓；(2)要使電流從1mA增大到3mA,外加電壓應(yīng)增大多少?(3)維持(1)的電壓不變,當(dāng)溫度T由300K上升到400K時(shí),電流上升到多少?解(1)T?300K?ni?1.5?10cm10?3?n??p?1?s?10?6sAs?1600?m2?1.6?10?5cm2Jd?IdAsqDppn0qDnnp0qVJ??Lp?Dp?pLn?Dn?nJd?J0exp()0LpLnkT?V?kTJdlnqJ0kT3JdkTJdkTln?ln?ln3qJ0qJ0q13?3(2)?V?(3)T?400K?ni?10cm......2.14根據(jù)理想的pn結(jié)電流電壓方程，計(jì)算反向電流等于反向飽和電流的70%時(shí)的反偏電壓值。解Jd?Jo[exp(JqV)?1],d?0.7kTJo2.22硅pn結(jié)的雜質(zhì)濃度,計(jì)算pn結(jié)的反向擊穿電壓,假使要使其反向電壓提高到300V,n側(cè)的電阻率應(yīng)為多少?解(1)反向擊穿電壓VB?6?10ND(2)?VB?6?10ND13?3413?34?60V52?300V,?ND?2?103cm?2由??1??1得?n?1350cm2/(?·s)qn?n2.24硅突變pn結(jié)NA?5?1018cm?3,ND?1.5?1016cm?3,設(shè)pn結(jié)擊穿時(shí)的最大電場(chǎng)為Ec?5?105V/cm,計(jì)算pn結(jié)的擊穿電壓.

解突變結(jié)反向擊穿電壓VB?1?r?02NANDE0,N?

2qNNA?ND

2.25在雜質(zhì)濃度ND?2?1015cm?3的硅襯底上擴(kuò)散硼形成pn結(jié),硼擴(kuò)散的便面濃度為

NA?1018cm?3,結(jié)深5?m,求此pn結(jié)5V反向電壓下的勢(shì)壘電容.

qa(??o)21解CT?A[]312(VD?V)2.26已知硅p?n結(jié)n區(qū)電阻率為1?·cm,求pn結(jié)的雪崩擊穿電壓,擊穿時(shí)的耗盡區(qū)寬度和最大電場(chǎng)強(qiáng)度.（硅pn結(jié)Ci?8.45?10?36cm?1，鍺pn結(jié)Ci?6.25?10?34cm?1）Ec?(8qND1)8Ci??0解??1??1?3?n??q?nVB?6?1013ND4,ND?nqn?nVB?12VEcW?W?B2Ec3.5以npn硅平面晶體管為例,在放大偏壓條件下從發(fā)射極歐姆接觸處進(jìn)入的電子流,在晶體管的發(fā)射區(qū)、發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)、基區(qū)、集電極勢(shì)壘區(qū)和集電區(qū)的傳輸過程中,以什么運(yùn)動(dòng)形式（擴(kuò)散或漂移）為主?解發(fā)射區(qū)-擴(kuò)散發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)-漂移基區(qū)-擴(kuò)散集電極勢(shì)壘區(qū)-漂移集電區(qū)-擴(kuò)散3.6三個(gè)npn晶體管的基區(qū)雜質(zhì)濃度和基區(qū)寬度如表所示，其余材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)想同，就以下特性參數(shù)判斷哪一個(gè)晶體管具有最大值并簡(jiǎn)述理由。(1)發(fā)射結(jié)注入效率。(2)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)。(3)穿通電壓。(4)一致BC結(jié)反向偏壓下的BC結(jié)耗盡層電容。(5)共發(fā)射極電流增益。器件ABC解(1)??1?基區(qū)雜質(zhì)濃度基區(qū)寬度NBDPEWB,WB?xB??A??B??CNEDNBWE22W??1W2WB1(2)?T?1?(B)?1?,?nB???T?1?Br0??TA??TB??TC2LNB2DnB?nB?r?02DnBxNB(NC?NB)?VptA?VptB?VptC(3)Vpt?B2??0NC2(4)

CT?A[1q??0NNNB·DA]2·?CTA?CTC?CTB2(VD?V)ND?NAND?NB(5)

3.9硅npn晶體管的材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)如下：

發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)NE，?p，?p，WENB,?n,?n,WBNC,?p,?p計(jì)算晶體管的發(fā)射結(jié)注入效率?，基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)?T,VBE?0.55V，計(jì)算復(fù)合系數(shù)?，并由此計(jì)算晶體管的共發(fā)射極電流放大系數(shù)?。解???T??,???1??2qDBnb0WB1qnW??1?,?T?1?,??其中Jr0?i,Js0?JqVNEDnBWE2DnB?nB2?WB1?r0exp(?BE)Js02kTNBDpEWB3.13已知npn非均勻基區(qū)晶體管的有關(guān)參數(shù)為xjc?5?m,xje?3?m,電子擴(kuò)散系數(shù)Dn?8cm2/s,?n?1?s,本征基區(qū)方塊電阻RsB?2500?,RsE?5?,計(jì)算其電流放大系數(shù)?、?.解WB基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)?T?1?2（基區(qū)寬度WB?xjc?xje，基區(qū)少子擴(kuò)散長(zhǎng)度?LnB2LnB?Dn·?n）,發(fā)射結(jié)注入效率??1?發(fā)射結(jié)復(fù)合系數(shù)??1RsE(R&RsB發(fā)射區(qū)和基區(qū)的方塊電阻)RsBsE共基極直流電流放大系數(shù)????T?=0.9971共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)???=352.14891??3.34硅晶體管的標(biāo)稱耗散功率為20W,總熱阻