半导体器件原理简明教程习题问题详解傅兴华Word格式文档下载.docx
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pQ>
n0.•.是p型半导体
1.16硅中受主杂质浓度为10%加巳计算在3Q0K下的载流子浓度〃。
和几,计算费米能级相对于本征费米能级的位置，画出能带图.
解Po=Na=EchT'
%Po=h：
T=300K->
w；
=1-5x101°
czw'
3
/.no=^=2.25xl03c/w_3t该¥
#体是p型鶴体
Po
Ej-Eep=KTIn（令=0.0259x叫磐尹）1.27碑化稼中施主杂质浓度为1016c/t?
-3,分别计算T二300K、400K的电阻率和电导率。
T=300K=>
耳=2x106cwT'
解n0=Nd=1016c7w-3T=400K=>
ni=nopo==>
p0=—
电导率g=逊曲+qp屮卩，电阻率q=_L<
y
1.40半导体中载流子浓度％=1014c/h-3，本征载流子浓度耳=1010c/z?
-3,
非平衡空穴浓度8p=10%刃尸，非平衡空穴的寿命叫=10"
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
1
巩—莎R=CJV@=鱼=10f
加。
Ef厂E严kT\n严込=叫£
^）
叫耳
2.2有两个pn结，其中一个结的杂质浓度叫=5x10%加巳皿=5x10%加二另r结
的杂质浓度/VD=5x1017cm5，/V4=5x1019cmz.K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VD=—In（△弟）可知VD与;
Va和N"
有关,所以杂质浓度不同接触电势qn-
差也不同.
2.5硅pn结N°
=5xEc川,n人=2W,分别画岀正偏0.5V、反偏IV时的能带图.
解T=300/C=>
n,.=1.5x1010cw-3
二&
02x10~2V
1.38X10-23x300g5x10“xKT5x10"
x10~6
qn-
1.6x10"
-（1.5xlO10）2
^（Vd_V）=0.37x10-19
正偏:
科=0.8x10"
9（5+旳）=L728xlOT9反偏:
恥|=1.6x10T9
2.12硅pn结的杂质浓度分别为Nd=3x{017c/w-3，/VA=1x1015cm~5,n区和p区的竞度
大于少数载流子扩散长度，Tn=Tp=^is，结面积二1600M沪，取
Dn=25cnr/s,Dp=13cm2/s，计算⑴在T二300K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,夕卜加电压应增大多少?
⑶维持⑴的电压不变，当温度T由300K上升到400K时，电流上升到多少?
解
（1）T=300A：
=>
=1.5x10loc7n-3
匚丄
Tn=Tp=1/zs=io_65As=1600/力沪=1.6x10_5cw2A、（为—警+警―丽_=屁
...V止hiN
qJ。
⑵厶V=—ln^--—111^-=—1113qJ。
qJ。
q
⑶T=400K二>
厲=10%沪......
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%时的反偏电压值。
解丿尸丿3P（普）-1]#=0・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小侧的电阻率应为多少？
解⑴反向击穿电压匕=6xlO"
N肿=60V
（2）v匕=6xlO”N肿=300V,/.ND=2x10孑曲
由p=—=—-—得“=1350cw2/（vs）2.24硅突变pn结耳=5xl0lscm~\ND=1.5x101<
5c7W-3,设pn结击穿时的最大电场为
Ee=5xlQ5V/cm，计算pn结的击穿电压.
解突变结反向击穿电压匕=¥
W~Ej,N=（小：
2qN“心
2.25在杂质浓度yVD=2xlO15c/z?
-3的硅衬底上扩散硼形成pn结,硼扩散的便面浓度为
Na=10lsc/zz-3結深5“叭求此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lQ-cw，求pn结的雪崩击穿电压，击穿时的耗尽区宽度和
最大电场强度.（硅pn结G=&
45x10-%劝尸,错pn结C,=6.25xl（F%加一」）
解。
=丄=丄=心內九
VB=6xlQi5ND'
\ND=n
Vb=LeiW^>
W=^~
2'
Ec
2空0Nc
=>
%
=VP!
B
<
yPtc
3.5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-扩散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。
（1）发射结注入效率。
（2）基区输运系数。
（3）穿通电压。
（4）相同BC结反向偏压下的BC结耗
尽层电容。
⑸共发射极电流增益。
器件
基区杂质浓度
基区宽度
A
C
NDW解⑴宀甘
■，&
nB
'
iiB*■nB
-J—=>
a7.=l-najA=%>
aTC
JPo2%
aGta=Grc>
C
TB
c—再q%一n’a圭nb（4）TL2（Vd-V）Nd+N/Nd+Nb
3.9硅npn晶体管的材料参数和结构如下：
发射区
基区
集电区
%和“p，Wg
Nb©
“,Wb
皿，—
计算晶体管的发射结注入效率卩,基区输运系数勾,％=0.55V,计算复合系数5,并由此计算晶体管的共发射极电流放大系数0。
qD』b°
1舲影―佥如el一込）其中几=警丿。
人。
典2kTJ
3.13已知npn非均匀基区晶体管的有关参数为®
「=5/如,;
^=3/加,电子扩散系数
D”=8伽2/5,r„=Ips，本征基区方块电阻心=25000,R龙=5Q，计算其电流放大系数
W-
解基区输运系数购=1-一=（基区宽度肌=®
「-S，基区少子扩散长度
G），发射结注入效率y"
-詈％&
rsH发射区和基区的方块电阻）发射结复合系数5=1共基极直流电流放大系数a=yar6二0.9971
共发射极直流电流放大系数0=—二352.1489
1-a
3.34硅晶体管的标称耗散功率为20W,总热阻为5°
C/W,满负荷条件下允许的最高坏境温度是多少？
（硅匚=20°
C,错坊”=loo。
。
）
解最大耗散功率PCM=耳Z=>
^=丁御一R「Pcm满负荷条件下有
l\r
Ta<
Tjm-RTPCM.其中T.„=200C,/?
r=5C/W
3.39晶体管穿通后的特性如何变化?
某晶体管的基区杂质浓度Nb=1O19C7W-3，集电区的杂质浓度皿=5x10%加二基区的宽度％=0.3“加,集电区宽度视=10“几求晶体管的击
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。
_Nb（Nc+Nh）
穿通电压沪_2^~心,冶金基区的扩展心=%-%
4.1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（匕<
0），使栅-源极间的p5结反偏,栅极电流心«
0,场效应管呈现很高的输入电阻（高达108G左右）。
在漏-源极间加一正电压（％s>
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，形成漏极电流口。
匚的大小主要受栅-源电压匕;
$控制，同时也受漏-源电压U”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对漏极电流匚（或沟道电阻）的控制作用,以及漏-源电压U”对漏极电流匚的影响。
4.3n沟道JFET有关材料参数和结构是：
=10lsc^~\/VD=1015c/n'
3,沟道竞度是Z=0.1mm,沟道长度L=20///W,沟道厚度是2ci=4“加，计算⑴栅p+n结的接触电势差;
（2）夹断电压;
（3）冶金沟道电导;
⑷/s=0和V”=0时的沟道电导（考虑空间电荷区使沟道变窄后的电导）。
解⑴VD=—hi^4^⑵匕。
=弊才⑶G。
-2qpNDZa/L
qn-2%
（4）若为突变p+n结，W=s”*[2^o（^-V）F（»
V结p5结NJ
qg
4.7绘岀n型衬底MOS二极管的能带图，讨论其表面积累、耗尽、弱反型和强反型状态。
解见旁边图！
4.12简述p沟道MOSFET的工作原理。
解截止:
漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。
p基区与n漂移区之间形成的pn结人反偏,漏源极之间无电流流过。
导电：
在栅源极间加正电压临s，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。
但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开,而将P区中的少子-电子吸引到栅极下面的P区表面,当%大于冬（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成n型而成为反型层,该反型层形成n沟道而使pn结人消失,漏极和源极导电。
4.15已知n沟道MOSFET的沟道长度厶=10“加，沟道竞度W=400/^7?
栅氧化层厚度匚=150肋,阈值电压Vr=3V,衬底杂质浓度^=9xlO14cW3,求栅极电压等于7V时的漏源饱和电流。
在此条件下，y”等于几伏时漏端沟道开始夹断？
计算中取叫=600cm2/（V-5）。
解饱和漏源电流/如=巴理％-叮，C（午心
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