《半導(dǎo)體器件》習(xí)題及參考答案

第二章1 一個(gè)硅pn擴(kuò)散結(jié)在p型一側(cè)為線性緩變結(jié)，a=1019cm-4，n型一側(cè)為均勻摻雜，雜質(zhì)濃度為31014cm3，在零偏壓下p型一側(cè)的耗盡層寬度為0.8m，求零偏壓下的總耗盡層寬度、內(nèi)建電勢(shì)和最大電場(chǎng)強(qiáng)度。解：x0處E連續(xù)得xn1.07mx總=xn+xp=1.87m ,負(fù)號(hào)表示方向?yàn)閚型一側(cè)指向p型一側(cè)。2 一個(gè)理想的p-n結(jié)，ND1018cm3，NA1016cm3，pn106s，器件的面積為1.2105cm2，計(jì)算300K下飽和電流的理論值，0.7V時(shí)的正向和反向電流。解：Dp9cm2/s，Dn6cm2/s，IS=A*JS=1.0*10-16A。0.7V時(shí)，I49.3A，0.7V時(shí)，I1.0*10-16A3 對(duì)于理想的硅p+-n突變結(jié)，ND1016cm3，在1V正向偏壓下，求n型中性區(qū)內(nèi)存貯的少數(shù)載流子總量。設(shè)n型中性區(qū)的長(zhǎng)度為1m，空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度為5m。解：Pn，正向注入：，得：4一個(gè)硅p+-n單邊突變結(jié)，ND1015cm3，求擊穿時(shí)的耗盡層寬度，若n區(qū)減小到5m，計(jì)算此時(shí)擊穿電壓。解：n區(qū)減少到5m時(shí)，第三章1 一個(gè)p+-n-p晶體管，其發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的雜質(zhì)濃度分別是51018，1016，1015cm3，基區(qū)寬度WB為1.0m，器件截面積為3mm2。當(dāng)發(fā)射區(qū)基區(qū)結(jié)上的正向偏壓為0.5V，集電區(qū)基區(qū)結(jié)上反向偏壓為5V時(shí)，計(jì)算(a)中性基區(qū)寬度，(b)發(fā)射區(qū)基區(qū)結(jié)的少數(shù)載流子濃度，(c)基區(qū)內(nèi)的少數(shù)載流子電荷。解：（a）熱平衡下，內(nèi)建電勢(shì)EB結(jié)，Vbi0.857V；CB結(jié)，Vbi0.636V；WWBxnebxncb0.522m （b） （c）2 推導(dǎo)基區(qū)雜質(zhì)濃度為時(shí)的基區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)公式及基區(qū)少子濃度分布表達(dá)式。解：不妨設(shè)為NPN晶體管，由于基區(qū)中雜質(zhì)存在濃度梯度，其多數(shù)載流子（空穴）的分布也存在濃度梯度，它使空穴作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，這一運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生破壞了基區(qū)中的電中性，為維持電中性，基區(qū)中就產(chǎn)生一電場(chǎng)來(lái)阻止基區(qū)中空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。電場(chǎng)的大小是恰好使電場(chǎng)產(chǎn)生的空穴漂移流與因雜質(zhì)濃度梯度所引起的擴(kuò)散流相抵消，這一電場(chǎng)就稱為緩變基區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)?？紤]基區(qū)中自建電場(chǎng)對(duì)電流的貢獻(xiàn)，熱平衡時(shí)，凈空穴電流為零。即由此求得B為 平衡時(shí)基區(qū)中的空穴濃度PB0等于基區(qū)的雜質(zhì)濃度NB，于是上式寫(xiě)為，代入 則有考慮電子電流密度： 將B（x）代入上式，可得 若忽略基區(qū)中空穴的復(fù)合，即JnB為常數(shù)，我們可以用NB（x）乘上式兩端，并從x到WB積分，得近似認(rèn)為在x=WB處，nB=0，有 積分之得到 若忽略發(fā)射極電子電流在發(fā)射結(jié)勢(shì)壘區(qū)中的復(fù)合，即用JnE代替上式中的JnB，有 3 一個(gè)硅n+p-n晶體管的發(fā)射區(qū)和集電區(qū)兩側(cè)的摻雜是突變的。其發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的雜質(zhì)濃度分別為1019，31016，51015cm3，(a)求集電區(qū)基區(qū)電壓的上限，在該電壓下，發(fā)射結(jié)偏置電壓已不再能控制集電極電流，設(shè)基區(qū)寬度為0.5m。(b)若截止頻率主要受少子穿過(guò)基區(qū)的渡越時(shí)間限制，求在零偏壓下共基極和共發(fā)射級(jí)的電流截止頻率（晶體管的發(fā)射效率為0.999，基區(qū)傳輸因子為0.99）。解：（a）熱平衡下，當(dāng)時(shí)穿通，可得：（b）而fT主要受限制，4 一個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管，基區(qū)寬度為0.5m，擴(kuò)散系數(shù)為10cm2/s，基區(qū)內(nèi)的少數(shù)載流子壽命為107s，晶體管加偏壓VCC5V，負(fù)載電阻為10K，若在基極上加2A的脈沖電流，持續(xù)時(shí)間為1s，求基區(qū)的存貯電荷和存貯延遲時(shí)間。解：不妨設(shè)為NPN管，在t1時(shí)刻達(dá)到飽和，相應(yīng)集電極電流為存儲(chǔ)電荷為5. 一理想的PNP晶體管，其發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的雜質(zhì)濃度分別為1019、1017、51015cm-3，而少數(shù)載流子的壽命分別為10-8、10-7和10-6s，假設(shè)器件有效橫截面積A為0.05mm2，且射基結(jié)上正向偏壓為0.6V，請(qǐng)求出晶體管的共基極電流增益。晶體管的其他參數(shù)為：DE=1cm2/s， Dp=10cm2/s， DC=2cm2/s， W0.5m。 解：6. 欲設(shè)計(jì)一雙極型硅晶體管，其截止頻率fT為5GHz，請(qǐng)問(wèn)中性基區(qū)寬度W需為多少？假設(shè)Dp為10cm2/s ，并可忽略發(fā)射極和集電極延遲。解：PNP管，fT忽略和，主要受限制，=3.2*10-11s則：=2.53*10-5cm=0.253m第四章1、求勢(shì)壘高度為0.8V的AuSi肖特基二極管的空穴電流和電子電流的比值。硅為n型，電阻率為1cm，壽命p100s，p400cm2/(Vs)。解：電阻率為1cm，查nSi的電阻率和濃度的關(guān)系圖可得ND4.51015cm3。，空穴電流密度為2.411012A/cm2,電子電流密度為4.29107A/cm2，其中A*110A/K2cm2。2、一個(gè)歐姆接觸的面積為105cm2，比接觸電阻為106cm2，這個(gè)歐姆接觸是在一個(gè)n型硅上形成的。若ND51019cm3，Bn0.8V，電子有效質(zhì)量為0.26m0,求有1A正向電流通過(guò)時(shí)，歐姆接觸上的電壓降。解：比接觸電阻為106cm2， ND51019cm3，是高摻雜，因此隧道電流起主要支配作用，其中K是常數(shù)。由此得到，計(jì)算得，V3.53mV。由此在流過(guò)1A的大電流下歐姆接觸結(jié)上電壓降才為3.53mV。3. 當(dāng)T=300K時(shí)，考慮以金作接觸的n溝GaAs MESFET，假設(shè)勢(shì)壘高度為0.89V，n溝道濃度為21015cm-3，溝道厚度為0.6m，計(jì)算夾斷電壓和內(nèi)建電勢(shì)。（GaAs介電常數(shù)為12.4）解： 夾斷電壓為：0.525VnGaAs材料的導(dǎo)帶有效態(tài)密度為4.71017 cm-3，故，內(nèi)建電勢(shì)為：因此，閾值電壓也可以求得：，因此是增強(qiáng)型的。第五章1. 對(duì)于n溝和p溝兩種類型的n+多晶硅-SiO2-Si MOSFET，已知其襯底摻雜濃度都是1017cm-3， 其ms分別為-0.98eV和-0.18eV,Qf/q=51010cm-2，d10nm，試分別計(jì)算上述兩種類型MOS器件的閾值電壓。解：Si11.8， SiO23.9對(duì)n溝MOSFET的閾值電壓為其中，0.41V3.453*107F/cm21.65*10-7C/cm2 QoxQf510101.610198109C/cm2代入上式得：0.29V因?yàn)閂T0，且為n溝MOSFET，所以該器件是增強(qiáng)型的。同理可得，pMOSFET的閾值電壓為其中，-0.41V3.453*107F/cm21.65*10-7C/cm2 QoxQf510101.610198109C/cm2代入上式得：-0.54V因?yàn)閂Tp0，為p溝MOSFET，所以該器件是增強(qiáng)型的。2. 一個(gè)n溝MOSFET，Z=300m，L=1m,溝道電