当前位置：文档之家 › 半导体器件原理简明教程习题答案

半导体器件原理简明教程习题答案

  • 格式：docx
  • 大小：37.31 KB
  • 文档页数：11

半导体器件原理简明教程习题答案傅兴华1.1简述单晶、多晶、非晶体材料结构的基本特点•解整块固体材料中原子或分子的排列呈现严格一致周期性的称为单晶材料；原子或分子的排列只在小范围呈现周期性而在大范围不具备周期性的是多晶材料；原子或分子没有任何周期性的是非晶体材料•1.6什么是有效质量，根据E(A)平面上的的能带图定性判断硅鍺和砷化镓导带电子的迁移率的相对大小.解有效质量指的是对加速度的阻力•由能带图可知,Ge与Si为间接带隙半导体，Si的Eg比Ge的Rg大，所以J Ge >J si.GaAs为直接带隙半导体，它的跃迁不与晶格交换能量,所以相对来说"GaAs -Ge > "si •1.10假定两种半导体除禁带宽度以外的其他性质相同，材料1的禁带宽度为1.1eV,材料2的禁带宽度为3.0eV,计算两种半导体材料的本征载流子浓度比值哪一种半导体材料更适合制作高温环境下工作的器件？解本征载流子浓度:n i =4.82 1015(巴哼)exp(孚)m°k T两种半导体除禁带以外的其他性质相同nexp(i^) 19 1.9二一 = --- =exp(—) 丁丁 >0二山=门2二在高温环境下匕更合适n2 exp(尹) kT &1.11在300A下硅中电子浓度n°=2 103cm二计算硅中空穴浓度p。

,画出半导体能带图，判断该半导体是n型还是10p2型半导体.解卞―苗富"10^mt. 是p型半导体1.16硅中受主杂质浓度为1017cm=计算在300A下的载流子浓度n。

和p。

,计算费米能级相对于本征费米能级的位置，画出能带图. 解 p o =N A =1017cm" n o p o = n「T=300A —山=「510 cm_2.n°=2.25 103cm p°・n。

川该半导体是p型半导体E -EF f^ KT ln（旦）=0.0259 ln（ -0而）n j 1.5 001.27砷化傢中施主杂质浓度为1016cm"，分别计算T=300A、400A的电阻率和电导率。

°T =300K 二口 =2x106cm」16 3 2 n •解 n0 = N D =10 cm T = 400K =• n j = n o p o= nj = p0 =n。

电导率匚二qn』n 7P0」p，电阻率：―丄a1.40半导体中载流子浓度n。

=1014cm",本征载流子浓度山=1010cm」，非平衡空浓度非平衡空穴的寿命「0 =10『s计算电子空穴的复合率计算载流子的费米能级和准费米能级解因为是n型半导体1n0 p 19C p N t R = C o N t8=—=10 cm卬0n 0+ 8 Po +E Fn _E j =kTln(亠)E j _E FP =kTln(上)□ □15 3 17 32.2有两个pn结，其中一个结的杂质浓度N D=5 10 cm ,N A=5 10 cm，另一个结的杂质浓度 N D =5 1017cm',N A=5 1019cm” ,在室温全电离近似下分别求它们的接触电势差，并解释为什么杂质浓度不同接触电势差的大小也不同.解接触电势差V D=©l n（叫可知V D与N A和N D有关，所以杂质浓度不同接触q m电势差也不同.2.5硅pn结N D =5 1016cm：N A =1017cm‘,分别画出正偏0.5V、反偏1V时的能带图.= 1.5 1010cm‘解T =300K 二 n jkT N A N D 1.3^10^^300 5"016"0""017><10d <V Dln( 19 19ln丹 =8.02 10 VDq^Vj —V)2=0.37"0 設 10*正偏：qV =0.8 1049q(V D +V R I ) =1.728 勺0‘9反偏:qV R 1.6 10 4910 2(1.5 10 )2.12硅pn 结的杂质浓度分别为 N D =3 1017cm J, N A =1 1015cm~ ,n 区和p 区的 宽度大于少数载流子扩散长度，・n-p 二Ws ,结面积=1600」m 2,取D n =25cm 2/ s, D p =13cm 2/s,计算 (1)在T=300A 下,正向电流等于1mA 时的外加电压;⑵要使电流从1mA 增大到3mA,外加电压应增大多少？ ⑶维持⑴的电压不变，当温度T 由300A 上升到400A 时，电流上升到多少？ 解(1)T =300K= n i =1.5 101°cm"n = p=r ls =10^s A s = 1600」m 2=1.6 10'em⑵ V =kTln^—^l 门虫=kTln 3 q J 。

q J 。

q⑶ T =400K = n j =1013cm j 3时的反偏电压值。

解"Jo [exp(晋円普"72.22硅pn 结的杂质浓度，计算pn 结的反向击穿电压，如果要使其反向电压提高 到300V,n 侧的电阻率应为多少？3解(1)反向击穿电压V B =6 10 N D ^ =60V13—里2(2) V B =6 10 N D4=30CV,. N D=2 103 cm1 1 2由得 Jn = 1350cm /(、s)2.24硅突变pn 结N A =5 1018cm ：N D =1.5 1016cm‘,设pn 结击穿时的最大电 场为E c =5 105V/cm ，计算pn 结的击穿电压.解突变结反向击穿电压 V B =14E 02,NN A N D2 qNN A +N D2.25在杂质浓度N D =2 1015cm“的硅衬底上扩散硼形成pn 结，硼扩散的便面浓I d, , ,qV\ | qD p P noqD nnp 。

J「Jkf ；p(JT)J「 .V lnq J oL pLnL p= *；Dp g p Ln = J D n hJ0 2.14根据理想的pn 结电流电压方程, 计算反向电流等于反向饱和电流的 70%度为N A =10 cm"结深5」m,求此pn 结5V 反向电压下的势垒电容 2.26已知硅p n 结n 区电阻率为1「cm,求pn 结的雪崩击穿电压,击穿时的耗尽解 C T =Aqa( ；；o)2F]区宽度和最大电场强度.（硅pn结 G =8.45 10^6cm J ，锗 pn 结G -6.25 10 J4cm J )11133解n =、q .L n V B = 6 10 N D4▽ qnf12V BE c 二(严 C i 03.5以npn 硅平面晶体管为例，在放大偏压条件下从发射极欧姆接触处进入的电 子流，在晶体管的发射区、发射结空间电荷区、基区、集电极势垒区和集电区的 传输过程中，以什么运动形式（扩散或漂移）为主？解发射区-扩散发射结空间电荷区-漂移基区-扩散集电极势垒区-漂移集电区-扩3.6三个npn 晶体管的基区杂质浓度和基区宽度如表所示，其余材料参数和结 构参数想同，就下列特性参数判断哪一个晶体管具有最大值并简述理由。

2)XBB Ewp D BNNDEVApoBJNBnDcTa>B tAvoscpVP（1）发射结注入效率。

⑵基区输运系数。

（3）穿通电压。

⑷相同BC 结反向偏压下⑸3.9硅npn 晶体管的材料参数和结构如下:计算晶体管的发射结注入效率 ，基区输运系数:T ,V B ^0.55V ，计算复合系数「•，并由此计算晶体管的共发射极电流放大系数 1。

解:-=:T、：,1一^ 2十^^宀八JW —,一 |1V 其中“沁，“皿NEDnB WE2Dn^nB〔十JrOexp （qVBE）2 WB3.13已知npn 非均匀基区晶体管的有关参数为 X j2kT5Jm, X j^ 3lm,电子扩散系2数D n = 8cm / s, • n 二j's ，本征基区方块电阻 R sB = 25OO 「,R SE = 51 ,计算其电流放 大系数：•、二2解基区输运系数 X" -也（基区宽度 W B 二X j 「X je ，基区少子扩散长度他店 RsE扁二D n ：n ），发射结注入效率 ^--R-（R sE & R sB 发射区和基区的方块电阻）R sB发射结复合系数：=1共基极直流电流放大系数〉二=0.9971a共发射极直流电流放大系数 =352.1489 1 -a3.34硅晶体管的标称耗散功率为 2OW,总热阻为5 C/W ,满负荷条件下允许的最 高环境温度是多少？（硅Tjm=200 C ，锗T jm =100 C ）解最大耗散功率F C M空=T a =Tjm _RrPC M满负荷条件下有 R T 。

。

IN⑷—"2(V D VN「N A F"亠心 ％q ；；o N D N AT a 乞 T jm -R T P CM，其中 T jm =200 C,R T = 5 C/W3.39晶体管穿通后的特性如何变化？某晶体管的基区杂质浓度N B=1O19cmJ集15 _3电区的杂质浓度N c =5 10 cm，基区的宽度W B=O.3」m,集电区宽度W C =1O l m,求晶体管的击穿电压•解集电极电流不再受基极电流的控制，集电极电流的大小只受发射区和集电区体电阻的限制，外电路将出现很大的电流。

2V _X B N B（NJN B）穿通电压Pt 2庶0N C，冶金基区的扩展x B =WC -W B4.1简要说明JFET的工作原理解N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。

N沟道结型场效应管工作时也需要外加偏置电压，即在栅-源极间加一负电压（V GS: 0），使栅-源极间的pn结反偏，栅极电流i G : 0，场效应管呈现很高的输入电阻（高达108门左右）。

在漏-源极间加一正电压（V DS 0），使N沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流i D °i D的大小主要受栅-源电压V GS控制，同时也受漏-源电压V DS 的影响。

因此，讨论场效应管的工作原理就是讨论栅 -源电压VGS对漏极电流i D（或沟道电阻）的控制作用，以及漏-源电压V DS对漏极电流i D的影响。

4.3 n沟道JFET有关材料参数和结构是：山=1018测二比=1015cm‘，沟道宽度是Z=0.1mm，沟道长度L =20怙，沟道厚度是2a=4」m，计算（1）栅p n结的接触电势差；⑵夹断电压；（3）冶金沟道电导；⑷V GS=0和V DS=0时的沟道电导（考虑空间电荷区使沟道变窄后的电导）。

合集下载

《半导体器件》习题及参考答案

《半导体器件》习题及参考答案

第二章1 一个硅p －n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结，a=1019cm -4，n 型一侧为均匀掺杂，杂质浓度为3×1014cm －3，在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8μm ，求零偏压下的总耗尽层宽度、建电势和最大电场强度。

解：)0(,22≤≤-=x x qax dxd p S εψ)0(,22n S D x x qN dxd ≤≤-=εψ 0),(2)(22≤≤--=-=E x x x x qa dx d x p p Sεψ n n SDx x x x qN dx d x ≤≤-=-=E 0),()(εψ x ＝0处E 连续得x n ＝1.07µm x 总=x n +x p =1.87µm⎰⎰=--=-npx x bi V dx x E dx x E V 0516.0)()(m V x qa E p S/1082.4)(252max ⨯-=-=ε,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。

2 一个理想的p-n 结，N D ＝1018cm －3，N A ＝1016cm －3，τp ＝τn ＝10－6s ，器件的面积为1.2×10－5cm －2，计算300K 下饱和电流的理论值，±0.7V 时的正向和反向电流。

解：D p ＝9cm 2/s ，D n ＝6cm 2/scm D L p p p 3103-⨯==τ，cm D L n n n 31045.2-⨯==τnp n pn p S L n qD L p qD J 0+=I S =A*J S =1.0*10-16A 。

＋0.7V 时，I ＝49.3µA ， －0.7V 时，I ＝1.0*10-16A3 对于理想的硅p +-n 突变结，N D ＝1016cm －3，在1V 正向偏压下，求n 型中性区存贮的少数载流子总量。

设n 型中性区的长度为1μm ，空穴扩散长度为5μm 。

解：P ＋>>n ，正向注入：0)(20202=---pn n n n L p p dx p p d ，得：)sinh()sinh()1(/00pnn pn kTqV n n n L x W L x W e p p p ---=- ⎰⨯=-=nnW x n n A dx p p qA Q 20010289.5)(4一个硅p +-n 单边突变结，N D ＝1015cm －3，求击穿时的耗尽层宽度，若n 区减小到5μm ，计算此时击穿电压。

半导体物理学简明教程答案陈志明编第二章-半导体中的载流子及其输运性质-课后习题答案

半导体物理学简明教程答案陈志明编第二章-半导体中的载流子及其输运性质-课后习题答案

第二章 半导体中的载流子及其输运性质1、对于导带底不在布里渊区中心，且电子等能面为旋转椭球面的各向异性问题，证明每个旋转椭球内所包含的动能小于（E －E C ）的状态数Z 由式（2-20）给出。

证明：设导带底能量为C E ，具有类似结构的半导体在导带底附近的电子等能面为旋转椭球面，即⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=-l t C m k m k k E k E 23222122)(η 与椭球标准方程2221122221k k k a b c++= 相比较，可知其电子等能面的三个半轴a 、b 、c 分别为212])(2[ηc t E E m b a -== 212])(2[ηc l E E m c -= 于是，K 空间能量为E 的等能面所包围的体积即可表示为232122)()8(3434C t l E E m m abc V -==ππη因为k 空间的量子态密度是V/(4π3)，所以动能小于（E －E C ）的状态数（球体内的状态数）就是2/332/122)()8(31C t l E E m m V Z -=ηπ2、利用式（2-26）证明当价带顶由轻、重空穴带简并而成时，其态密度由式（2-25）给出。

证明：当价带顶由轻、重空穴带简并而成时，其态密度分别由各自的有效质量m p 轻和m p 重表示。

价带顶附近的状态密度应为这两个能带的状态密度之和。

即：2/132/321)()2(2)(E E m V E g V p V -=η轻π 2/132/322)()2(2)(E E m V E g Vp V -=η重π价带顶附近的状态密度 =)(E g V 1)(E g V 2)(E g V +即：=)(E g V 2/132/32)()2(2E E m V V p -η轻π+2/132/32)()2(2E E m V V p -η重π ]2)2[()(223232212）（重轻p P V m m E E V +-=ηπ 只不过要将其中的有效质量m p *理解为3/22/32/3*)(重轻p p p m m m +=则可得：])2)2[()2(2/32323*重轻（p p p m m m +=带入上面式子可得： 2/132/3*2)()2(2)(E E m V E g V p V -=ηπ 3、完成本章从式（2-42）到（2-43）的推演，证明非简并半导体的空穴密度由式（2-43）决定。

第6章 半导体器件习题与解答

第6章 半导体器件习题与解答


题 6-4 图
A. 5V
B. 7V
C. 0V
6-5 在题 6-5 图所示的电路中，稳压二极管 Dz1 和 Dz2 的稳定电压分别为 5V 和 7V，其正向
压降忽略不计，则 Uo 为（ ）。A
题 6-5 图
A. 5 V
B. 7 V
C. 0 V
6-6 在放大电路中，若测得某晶体管三个极的电位分别为 9 V,4 V,3.4 V,则这三个级分别为
题 6-14 图
解：此题所考查的是电位的概念以及二极管应用的有关知识。假设图中二极管为理想二极
管，可以看出 A、B 两点电位的相对高低影响了 DA 和 DB 两个二极管的导通与关断。 当 A、B 两点的电位同时为 0 时，DA 和 DB 两个二极管的阳极和阴极（UY）两端电位 同时为 0V，因此均不能导通；当 UA＝5V，UB＝0V 时，DA 的阳极电位为 5V，阴极电位 为 0（接地） ，根据二极管的导通条件，DA 此时承受正向电压而导通，一旦 DA 导通， 则 UY＞0，从而使 DB 承受反向电压（UB＝0V）而截止；当 UA＝UB＝5V 时，即 DA 和 DB 的阳极电位为大小相同的高电位，所以两管同时导通，两个 1kΩ 的电阻为并联关系。 本题解答如下：
6-26 在题 6-26 图所示的各个电路中，试问晶体管工作于何种状态？
(a)
(b)
(c)
题 6-26 图
解：计算结果见下表，设uBE=0.6V。表中，ICS为晶体管饱和时的集电极电流，IBS为晶
体管临界饱和状态时的基极电流。
判断公式
（a）管
（b）管
（c）管
I
CS
≈
v CC RC
12mA
8mA
IBS=
《半导体器件》习题及参考答案模板

《半导体器件》习题及参考答案模板

第二章1 一个硅p －n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结，a=1019cm -4，n 型一侧为均匀掺杂，杂质浓度为3×1014cm －3，在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8μm ，求零偏压下的总耗尽层宽度、内建电势和最大电场强度。

解：)0(,22≤≤-=x x qax dxd p S εψ)0(,22n SD x x qN dx d ≤≤-=εψ 0),(2)(22≤≤--=-=E x x x x qa dx d x p p Sεψ n n SDx x x x qN dx d x ≤≤-=-=E 0),()(εψ x ＝0处E 连续得x n ＝1.07µm x 总=x n +x p =1.87µm⎰⎰=--=-npx x bi V dx x E dx x E V 0516.0)()(m V x qa E p S/1082.4)(252max ⨯-=-=ε,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。

2 一个理想的p-n 结，N D ＝1018cm －3，N A ＝1016cm －3，τp ＝τn ＝10－6s ，器件的面积为1.2×10－5cm －2，计算300K 下饱和电流的理论值，±0.7V 时的正向和反向电流。

解：D p ＝9cm 2/s ，D n ＝6cm 2/scm D L p p p 3103-⨯==τ，cm D L n n n 31045.2-⨯==τnp n pn p S L n qD L p qD J 0+=I S =A*J S =1.0*10-16A 。

＋0.7V 时，I ＝49.3µA ， －0.7V 时，I ＝1.0*10-16A3 对于理想的硅p +-n 突变结，N D ＝1016cm －3，在1V 正向偏压下，求n 型中性区内存贮的少数载流子总量。

设n 型中性区的长度为1μm ，空穴扩散长度为5μm 。