半導(dǎo)體物理第六、七章習(xí)題答案

1、第六章課后習(xí)題解析1.一個(gè)Ge突變結(jié)的p區(qū)n區(qū)摻雜濃度分別為NA=1017cm-3和ND=5´1015cm-3，該pn結(jié)室溫下的自建電勢(shì)。解：pn結(jié)的自建電勢(shì) 已知室溫下，eV，Ge的本征載流子密度 代入后算得：4.證明反向飽和電流公式（6-35）可改寫為式中，和分別為n型和p型半導(dǎo)體電導(dǎo)率，為本征半導(dǎo)體電導(dǎo)率。證明：將愛因斯坦關(guān)系式和代入式（6-35）得因?yàn)?，上式可進(jìn)一步改寫為又因?yàn)榧磳⒋私Y(jié)果代入原式即得證 注：嚴(yán)格說，遷移率與雜質(zhì)濃度有關(guān)，因而同種載流子的遷移率在摻雜濃度不同的p區(qū)和n區(qū)中并不完全相同，因而所證關(guān)系只能說是一種近似。2.試分析小注入時(shí)，電子（空穴）在5個(gè)區(qū)域中的運(yùn)

2、動(dòng)情況（分析漂移和擴(kuò)散的方向及相對(duì)大?。┐穑赫蛐∽⑷胂拢琍區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極，勢(shì)壘高度降低，P區(qū)空穴注入N區(qū)，N區(qū)電子注入P區(qū)。 注入電子在P區(qū)與勢(shì)壘區(qū)交界處堆積，濃度高于P區(qū)平衡空穴濃度，形成流向中性P區(qū)的擴(kuò)散流，擴(kuò)散過程中不斷與中性P區(qū)漂移過來的空穴復(fù)合，經(jīng)過若干擴(kuò)散長(zhǎng)度后，全部復(fù)合。 注入空穴在N區(qū)與勢(shì)壘區(qū)交界處堆積，濃度比N區(qū)平衡電子濃度高，形成濃度梯度，產(chǎn)生流向中性N區(qū)的空穴擴(kuò)散流，擴(kuò)散過程中不斷與中性N區(qū)漂移過來的電子復(fù)合，經(jīng)過若干擴(kuò)散長(zhǎng)度后，全部復(fù)合。 3.在反向情況下坐上題。答：反向小注入下，P區(qū)接電源負(fù)極，N區(qū)接電源正極，勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度增加，空間電荷增加，勢(shì)壘區(qū)邊

3、界向中性區(qū)推進(jìn)。勢(shì)壘區(qū)與N區(qū)交界處空穴被勢(shì)壘區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)驅(qū)向P區(qū)，漂移通過勢(shì)壘區(qū)后，與P區(qū)中漂移過來的空穴復(fù)合。中性N區(qū)平衡空穴濃度與勢(shì)壘區(qū)與N區(qū)交界處空穴濃度形成濃度梯度，不斷補(bǔ)充被抽取的空穴，對(duì)PN結(jié)反向電流有貢獻(xiàn)。同理，勢(shì)壘區(qū)與P區(qū)交界處電子被勢(shì)壘區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)驅(qū)向N區(qū)，漂移通過勢(shì)壘區(qū)后，與N區(qū)中漂移過來的電子復(fù)合。中性P區(qū)平衡電子濃度與勢(shì)壘區(qū)與P區(qū)交界處電子濃度形成濃度梯度，不斷補(bǔ)充被抽取的電子，對(duì)PN結(jié)反向電流有貢獻(xiàn)。反向偏壓較大時(shí)，勢(shì)壘區(qū)與P區(qū)、N區(qū)交界處的少子濃度近似為零，少子濃度梯度不隨外加偏壓變化，反向電流飽和。5.一硅突變pn結(jié)的n區(qū)rn=5W×cm，tp=1ms；p區(qū)rp

4、=0.1W×cm，tn=5ms，計(jì)算室溫下空穴電流與電子電流之比、飽和電流密度，以及在正向電壓0.3V時(shí)流過p-n結(jié)的電流密度。解：由，查得，由，查得，由愛因斯坦關(guān)系可算得相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)分別為，相應(yīng)的擴(kuò)散長(zhǎng)度即為對(duì)摻雜濃度較低的n區(qū)，因?yàn)殡s質(zhì)在室溫下已全部電離，所以對(duì)p區(qū)，雖然NA=5´1017cm-3時(shí)雜質(zhì)在室溫下已不能全部電離，但仍近似認(rèn)為pp0=NA，于是，可分別算得空穴電流和電子電流為空穴電流與電子電流之比 飽和電流密度：當(dāng)U=0.3V時(shí)：=6條件與上題相同，計(jì)算下列電壓下的勢(shì)壘區(qū)寬度和單位面積上的勢(shì)壘電容：10V；0V；0.3V。解：對(duì)上題所設(shè)的p+n結(jié)，其勢(shì)壘寬

5、度 式中，外加偏壓U后，勢(shì)壘高度變?yōu)?，因?U=10V時(shí)，勢(shì)壘區(qū)寬度和單位面積勢(shì)壘電容分別為 U=0V時(shí)，勢(shì)壘區(qū)寬度和單位面積勢(shì)壘電容分別為 U=0.3V 正向偏壓下的pn結(jié)勢(shì)壘電容不能按平行板電容器模型計(jì)算，但近似為另偏壓勢(shì)壘電容的4倍，即7.計(jì)算當(dāng)溫度從300K增加到400K時(shí)，硅pn結(jié)反向電流增加的倍數(shù)。解：根據(jù)反向飽和電流JS對(duì)溫度的依賴關(guān)系（講義式(626)或參考書p.193）：式中，Eg(0)表示絕對(duì)零度時(shí)的禁帶寬度。由于比其后之指數(shù)因子隨溫度的變化緩慢得多，主要是由其指數(shù)因子決定，因而9.已知突變結(jié)兩邊的雜質(zhì)濃度為NA=1016cm-3，ND=1020cm-3。求勢(shì)壘高度和勢(shì)壘寬

6、度 畫出E（x）和V（x）圖。解：平衡勢(shì)壘高度為11.分別計(jì)算硅n+p結(jié)在正向電壓為0.6V、反向電壓為40V時(shí)的勢(shì)壘區(qū)寬度。已知NA=5*1017cm-3,VD=0.8V。解：對(duì)n+-p結(jié)勢(shì)壘區(qū)寬度當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，12分別計(jì)算硅p+n結(jié)在平衡和反向電壓45V時(shí)的最大電場(chǎng)強(qiáng)度。已知VD=0.7V，。解：勢(shì)壘寬度：平衡時(shí)，即U=0V時(shí) 最大場(chǎng)強(qiáng)：時(shí)： 最大場(chǎng)強(qiáng)13.求題5所給硅p+n的反向擊穿電壓、擊穿前的空間電荷區(qū)寬度及其中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度。解：按突變結(jié)擊穿電壓與低摻雜區(qū)電阻率的關(guān)系，可知其雪崩擊穿電壓UB = 95.1495.14´751/4=318 V或按其n區(qū)摻雜濃度9´1

7、014/cm3按下式算得UB =60=60´ (100/9)3/4=365（V）二者之間有計(jì)算誤差。以下計(jì)算取300V為擊穿前的臨界電壓。擊穿前的空間電荷區(qū)寬度空間電荷區(qū)中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度注：硅的臨界雪崩擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度為3´105 V/cm，計(jì)算結(jié)果與之基本相符。14.設(shè)隧道長(zhǎng)度，求硅、鍺、砷化鎵在室溫下電子的隧穿幾率。解：隧穿幾率 對(duì)硅：，爾格 對(duì)鍺：， 對(duì)砷化鎵：，第七章課后習(xí)題解析1求Al-Cu、Au-Cu、W-Al、Cu-Ag、Al-Au、Mo-W、Au-Pt的接觸電勢(shì)差，并標(biāo)出電勢(shì)的正負(fù)。解：題中相關(guān)金屬的功函數(shù)如下表所示：元素AlCuAuWAgMoPt功函數(shù)4.18

8、4.595.204.554.424.215.43 對(duì)功函數(shù)不同的兩種材料的理想化接觸，其接觸電勢(shì)差為：故： 2、兩種金屬A和B通過金屬C相接觸，若溫度相等，證明其兩端a、b的電勢(shì)差同A、B直接接觸的電勢(shì)差一樣。如果A是Au，B是Ag，C是Cu或Al，則Vab為多少伏？解：溫度均相等，不考慮溫差電動(dòng)勢(shì)，兩式相加得：顯然，VAB與金屬C無關(guān)。若A為Au，B為Ag，C為Al或Cu，則VAB與Cu、Al無關(guān)，其值只決定于WAu=5.2eV，WAg=4.42eV，即3、求ND=1017cm-3的n型硅在室溫下的功函數(shù)。若不考慮表面態(tài)的影響，它分別同Al、Au、Mo接觸時(shí)，形成阻擋層還是反阻擋層？硅的電子

9、親和能取4.05ev。解：設(shè)室溫下雜質(zhì)全部電離，則其費(fèi)米能級(jí)由n0=ND=5´1015cm-3求得：其功函數(shù)即為：若將其與功函數(shù)較小的Al（WAl=4.18eV）接觸，則形成反阻擋層，若將其與功函數(shù)較大的Au（WAu=5.2eV）和Mo（WMo=4.21eV）則形成阻擋層。5、某功函數(shù)為2.5eV的金屬表面受到光的照射。 這個(gè)面吸收紅色光或紫色光時(shí)，能發(fā)射電子嗎？ 用波長(zhǎng)為185nm的紫外線照射時(shí)，從表面發(fā)射出來的電子的能量是多少？解：設(shè)紅光波長(zhǎng)l700nm；紫光波長(zhǎng)l400nm，則紅光光子能量其值小于該金屬的功函數(shù)，所以紅光照射該金屬表面不能令其發(fā)射電子；而紫光光子能量：其值大于該金屬的功函數(shù)，所以紫光照射該金屬表面能令其發(fā)射電子。 l185nm的紫外光光子能量為：發(fā)射出來的電子的能量：6、電阻率為的n型