第六章作業(yè)答案

1、 第六章 pn 結(jié)（1）討論pn結(jié)勢壘高度對，摻雜濃度以及溫度的依賴關(guān)系。若p、n兩邊摻雜濃度分別為/cm和/cm，求為/cm和/cm這兩種情形300K時(shí)的值。 1）0.7eV 2) 0.3 eV（2）對于施加偏壓的pn結(jié)，求得下式的最主要的依據(jù)是甚么？ 最主要的依據(jù)是準(zhǔn)費(fèi)米能級主要是在勢壘區(qū)以外降落的。在n(或p)型區(qū)和空間電荷區(qū)的范圍內(nèi)，電子費(fèi)米能級可以看成是平直的。（3）說明pn結(jié)中的注入少子在小注入情形下主要依賴擴(kuò)散運(yùn)動。（4）比較Si和Ge的pn結(jié)的反向電流。反向電流為何隨溫度增大？當(dāng)溫度由300K增加到400K時(shí)，Ge的pn結(jié)的反向電流增加多少倍。T大j0大1488倍（5） 討論半

2、導(dǎo)體材料的對pn結(jié)性質(zhì)的影響：1) 導(dǎo)通電壓（參看圖6.4，即開始有顯著電流的電壓）2）反向電流的大小和性質(zhì)（擴(kuò)散區(qū)產(chǎn)生電流為主,還是空間電荷區(qū)產(chǎn)生電流為主）3) 結(jié)的允許使用溫度1）eg 大， j0小，在j相同時(shí)，則導(dǎo)通電壓V大2）它與j0的比值(若只取與np0相聯(lián)系的項(xiàng)(n+p結(jié))為 eg 大， ni小，反向電流中空間電荷區(qū)產(chǎn)生電流成分增加3)eg小，反向飽和電流密度大, 引起的熱損耗大, 結(jié)溫上升, 導(dǎo)致反向飽和電流密度增加, 容易引起熱電擊穿。eg 大, 結(jié)的允許使用溫度大。（6）分析反向偏置的pn結(jié)中準(zhǔn)費(fèi)米能級的變化并示意畫出少子擴(kuò)散區(qū)中少子的分布。（7）說明在小注入pn結(jié)中，電子或

3、空穴在多子區(qū)，空間電荷區(qū)，和注入?yún)^(qū)的運(yùn)動情況。多子區(qū)：漂移運(yùn)動；空間電荷區(qū)：漂移+擴(kuò)散運(yùn)動, 擴(kuò)散>漂移；注入?yún)^(qū)：擴(kuò)散運(yùn)動（8）說明pn結(jié)兩邊的電子電流和空穴電流是如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。（9）討論pn結(jié)兩側(cè)的摻雜情況對結(jié)性質(zhì)的影響 1）電子電流和空穴電流的比值3） 空間電荷區(qū)寬度及其在兩邊的分配 3）結(jié)電容（單位面積） 4) 若=12，/cm，/cm，VD=1V, 求偏壓為0.3V，0V，-10V 時(shí)的勢壘寬度和單位面積結(jié)電容。1）摻雜濃度高的一側(cè)多子為注入電流的主要形式。2）兩邊空間電荷區(qū)厚度和摻雜濃度成反比。3）外加電壓增加 dV 時(shí)，設(shè)空間電荷區(qū)邊緣的電荷增量為dQ。它在耗盡層產(chǎn)生的附加

4、電場為dQ/ ee0。所產(chǎn)生的附加電壓dV可表示為 可以把結(jié)的總體電容看成由兩個(gè)電容串聯(lián)而成 解二:N*大，C大；C由摻雜濃度低的一側(cè)決定4）正向偏壓：其它情況：V=4.6V，0V，-10V d=0.96, 1.15, 3.8 mmC=11, 9.2, 2.8( ´103pF/cm2)（10）pn結(jié)正向穩(wěn)態(tài)電流和過剩載流子的非平衡積累相聯(lián)系。若對處于正向的偏置的pn結(jié)，突然施加反向電壓，在由正向向反向轉(zhuǎn)換的一瞬間會發(fā)生什么現(xiàn)象瞬間會出現(xiàn)一個(gè)較大的反向電流.電荷存儲和二極管瞬態(tài)1.關(guān)瞬態(tài)二極管由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)t<0時(shí)， 正偏電流為：當(dāng)外加電壓由正偏變?yōu)榉雌珪r(shí)，空間電荷區(qū)邊緣處的少子

5、濃度不能在維持，于是它們開始衰減并形成很大的梯度，于是電流方向就會變成反偏方向。假設(shè)在那時(shí)的反偏二極管壓降相對于VR很小，于是反偏電流近似為：pn結(jié)的電容不允許結(jié)壓降立即變化。由上式可得反偏電流密度梯度為常量,相應(yīng)的空間電荷區(qū)邊緣少子濃度隨時(shí)間的變化見下圖。 下圖中，ts稱為存儲時(shí)間，即為空間電荷區(qū)邊緣少子濃度達(dá)到熱平衡值時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。在ts之后，結(jié)上的壓降開始發(fā)生變化。摘自<<半導(dǎo)體物理與器件>> Dona H. Neamen（11）由實(shí)驗(yàn)得到的電容電壓關(guān)系可表示為, 由之如何得到自建勢VD和求約化濃度N*（12）說明pn結(jié)擊穿電壓對材料摻雜濃度和禁帶寬度的依賴。隨

6、著反向偏壓的增大，勢壘區(qū)內(nèi)的電場增強(qiáng)，能帶更加傾斜，Dx=Eg/qïEï將變得更短。 式中E(x)表示點(diǎn)x處的勢壘高度，E為電子能量，x1及x2為勢壘區(qū)的邊界。電子隧道穿過的勢壘可看成為三角形勢壘，如圖6-25所示。為了計(jì)算方便起見，令E=0，并假定勢壘區(qū)內(nèi)有一恒定電場çEç，因而在x點(diǎn)處，將其代入 積分式中，并取積分上、下限為Dx及0，故 經(jīng)計(jì)算并利用Dx=Eg/qïEï關(guān)系可得因勢壘區(qū)內(nèi)導(dǎo)帶底的斜率是q(VD-V)/XD，同時(shí)這斜率也是Eg/Dx，故得到式中V是反向偏壓，XD是勢壘區(qū)寬度。將XD代入得可見Eg越小, N*越大，Dx

7、越小，因而隧道概率P就越大，擊穿電壓越小。雪崩擊穿正相反。Eg越大，勢壘寬度越大（因?yàn)閂D越大）, N*越小, 勢壘寬度也越大, 越容易發(fā)生擊穿。（13）試畫出圖8.17的異質(zhì)結(jié)能帶圖： 1）說明界面處各能量位置是如何確定的。 2）你如何可從圖看出自建勢的大??？ 3）你如何看出自建勢在n型側(cè)和p型側(cè)是如和分配的？ 4）自建勢在n側(cè)和p側(cè)的分配決定于什么？不同的分配對能帶圖的形狀有何影響？1）由cW和cN, egW和 egN以及EF位置決定。2）參考真空能級E0的變化(圖8.17(b)可以更清楚地看出結(jié)區(qū)電勢變化情況.3）由界面與真空能級E0的交界兩邊的電勢變化來看.4）不同的分配影響“尖峰”的高低。即兩邊的自建勢反比于濃度和介電常數(shù)的乘積顯然，NAep<< NDen的情況，有利于形成圖8.18(b)的能帶圖 （14） 導(dǎo)出異質(zhì)突變pn結(jié)的空間電荷區(qū)寬度、結(jié)電容及空間電荷區(qū)p型一側(cè)電荷面密度。和同質(zhì)突變pn結(jié)的有關(guān)結(jié)果進(jìn)行比較。 能否有類似式（6-2-21)的關(guān)于最大電場的表示式？為甚么？(8-4-10)由于兩邊電荷相等，xnND=xpNA，有 式中x=xn+xp,為空間電荷區(qū)總厚度。將上式代入式