1、 FP(Ei为参考)的位置 示意图。(d) 画出平衡下的能带图,标出 EC、Ev、Efp、E能级的位置, 在此基础上再画出光注入时,Efp和Efn ,并说明偏离Efp的程度是 不同的。12.室温下施主杂质浓度 Nd=4 X1015 cm-3的N型半导体,测得载 流子迁移率口 n=1050cm 2/V s,p=400 cm2/V s, KT/q=0.026V, 求相应的扩散系数和扩散长度为多少?第2章思考题和习题1.简述PN结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程。2.画出平衡PN结,正向PN结与反向PN结的能带图,并进行比 较。3.如图2 - 6 9所示,试分析正向小注入时,电子与空穴在5个区域
2、中的运动情况。4.仍如图2 - 6 9为例试分析PN结加反向偏压时,电子与空穴在5 个区域中的运动情况。5试画出正、反向PN结少子浓度分布示意图,写出边界少子浓度及 少子浓度分布式,并给予比较。6.用平衡PN结的净空穴等于零的方法,推导出突变结的接触电动 势差Ud表达式。7 .简述正反向PN结的电流转换和传输机理。&何为正向PN结空间电荷区复合电流和反向 PN结空间电荷区的 产生电流。9.写出正、反向电流电压关系表达式,画出PN结的伏安特性曲线, 并解释pN结的整流特性特性。10.推导硅突变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。并画出示 意图。11.推导线性缓变变结空间电荷区电场分布及其宽度表达
3、式。并画 出示意图。12.什么叫PN结的击穿与击穿电压,简述PN结雪崩击穿与隧道击 穿的机理,并说明两者之间的不同之处。13.如何提高硅单边突变结的雪崩击穿电压?14.如何提高线性缓变结的雪崩击穿电压?15.如何减小PN结的表面漏电流?16.什么叫PN结的电容效应、势垒电容和扩散电容?17.什么叫做二极管的反向恢复过程和反向恢复时间?提高二极管 开关速度的途径有哪些?18.以N型硅片为衬底扩硼制备PN结,已知硼的分布为高斯函数 分布,衬底浓度Nd=1 xi015/cm 3,在扩散温度为1180 C下硼在硅 中的扩散系数 D=1.5 x10-12cm2/s,扩散时间t=30min,扩散结深 Xj
4、=2.7 gm。试求:扩散层表面杂质浓度Ns?结深处的浓度梯度杂质浓度不同,接触电动势差的大小也不同。15 310 cmO外加正向电压为.5V时的正向电流密度J ?电子电流与空穴电流的比值?并给以解释。22.仍以上题的条件为例,假设 g n 计算4V反向偏压时的产生电流密度。23.最大电场强度(T=300K )?求反型电压300 V时的最大电场强度。20 424.对于一个浓度梯度为10 cm的硅线性缓变结,耗尽层宽度为0-5 m。计算最大电场强度和结的总电压降。19 3 15 3 A . 3 225.一硅 P N 结,其 Na 10 cm ,Nd 10 cm ,面积 A 1 10 cm,计算反
5、向偏压U分别等于5V和10/的么势垒电容Ct、空间电荷区宽度Xm 和最大电场强度Em。16 326.计算硅P N结的击穿电压,其Nd 10 cm (利用简化式)。27.在衬底杂质浓度Nd 5 10 cm的N型硅晶片上进行硼扩散,形成18 3PN结,硼扩散后的表面浓度Ns 10 cm ,结深Xj 5 m。试求结深处的浓度梯度aj,施加反向偏压5时的单位面积势垒电容和击穿电压U B。28.设计一 P N突变结二极管。其反向电压为,且正向偏压为 兀时的正向电流为22mA。并假设p0 10 ?s。29.一硅P N结,Nd 10 cm,求击穿时的耗尽层宽度,若 N区减 小到5 m计算击穿电压并进行比较。
6、18 3 15 330.一个理想的硅突变结Na 10 cm ,Nd 10 cm,求计算250K、 300K、400K、500K下的内建电场Ud,并画出Ud对温度T的关系曲 线。用能带图讨论所得结果。求 300K下零偏压的耗尽层宽度和最大电场第3章思考题和习题1.画出PNP晶体管在平衡和有源工作模式下的能带图和少子分布示意图。2.画出正偏置的NPN晶体管载流子输运过程示意图,并解释电流传 输和转换机理。3解释发射效率丫 o和基区输运系数B o*的物理意义。4解释晶体管共基极直流电流放大系数a o,共发射极直流电流放大 系数Bo的含义,并写出a 0、旳、丫0和Bo *的关系式。5什么叫均匀基层晶体
7、管和缓变基区晶体管?两者在工作原理上有 什么不同?6.画出晶体管共基极、共发射机直流输出、输出特性曲线、并讨论 它们之间的异同。7.晶体管的反向电流I CEO、Ieeo、Ice o是如何定义的?写出I CEO与I CEO之间的关系式并加以讨论。8.晶体管的反向击穿电压EU ceo、EUceo、EUeeo是如何定义 的?写出EU ceo与EU ceo之间的关系式,并加以讨论。9.高频时晶体管电流放大系数下降的原因是什么?10.描写晶体管的频率参数主要有哪些?它们分别的含义是什么?11.影响特征频率f T的因素是什么?如何特征频率f T ?12.画出晶体管共基极咼频等效电路图和共发射极咼频等效电路
8、图。13.大电流时晶体管的B o、fT下降的主要原因是什么?14.简要叙述大注入效应、基区扩展效应、发射极电流集边效应的机 理。15.什么叫晶体管最大耗散功率P CM ?它与哪些因素有关?如何减 少晶体管热阻R T?16.画出晶体管的开关波形,图中注明延迟时间T d、上升时间t r、 储存时间t s、下降时间t f,并解释其物理意义。17.解释晶体管的饱和状态、截止状态、临界饱和和深饱和的物理意 义。18.以NPN硅平面为例,当发射结正偏、集电结反偏状态下,分别 说明从发射极进入的电子流,在晶体管的发射区、发射结势垒区、基 区、集电结势垒和集电区的传输过程中,以什么运动形式(指扩散或 漂移)为
9、主。19.试比较f a、fB、f 丁的相对大小。20.画出晶体管饱和态时的载流子分布, 并简述超量存储电荷的消失 过程。21.画出普通晶闸的基本结构图,并简述其基本工作原理。22.有一低频小功率合金晶体管,用 N型Ge作基片,其电阻率为1.5 cm,用烧铟合金方法制备发射区和集电区,两区掺杂浓度约为3 X1018/cm 3,求 ro (已知 Wb=50 m , Lne=5 m)。23.某一对称的P+NP +错合金管,基区宽度为5 m,基区杂质浓度 为5 X1015cm-3,基区空穴寿命为10 s ( Ae=A c=10 -3cm2)。计算在 Ueb=0.26V、Ucb=-50V 时的基极电流I
10、b ?求出上述条件下的a 0和B o (r0 1)。24.已知均匀基区硅 NPN 晶体管的丫 0=0.99 ,BUcbo = 150V,W b = 18.7 m,基区中电子寿命Tb=1us (若忽略发射结 空间电荷区复合和基区表面复合) ,求a 0、B*和BUceo (设Dn=35cm 2/s).25.已知NPN双扩散外延平面晶体管,集电区电阻率p c=1.2 Qcm , 集电区厚度 Wc=10 m,硼扩散表面浓度 Nbs=5 X1018cm-3,结深 Xjc=1.4 m。求集电极偏置电压分别为25V和2V时产生基区扩展效 应的临界电流密度。26.已知P+NP晶体管,其发射区、基区、集电区德杂
11、质浓度分别为5 xi018cm-3、2 xi016cm-3、1 xi015cm-3,基区宽度 Wb=1.0 m ,器件截面积为0.2mm2,当发射结上的正向偏压为0.5V,集电结反向 偏压为5V时,计算:(1)中性基区宽度?( 2)发射结少数载流子 浓度?27.对于习题26中的晶体管,少数载流子在发射区、基区、集电区 德扩散系数分别为52cm 2/s、40cm 2/s、115cm 2/s,对应的少数载 流寿命分别为10-8s、10-7s、10-6s,求晶体管的各电流分量?28.利用习题26、习题27所得到的结果,求出晶体管的端点电流Ie、 Ic和Ib。求出晶体管的发射效率、基区输运系数、共基极
12、电流增益 和共发射极电流增益,并讨论如何改善发射效率和基区运输系数?29.判断下列两个晶体管的最大电压的机构是否穿通:晶体管 1:BUcbo = 105V ; BUceo=96V ; BUebo=9V ; BUces=105V(BU ces为基极发射极短路时的集电极 发射极击穿电压) 晶体管 2: BUcbo=75V ; BUceo=59V ; BUebo=6V。30.已知NPN晶体管共发射极电流增益低频值 0=100 ,在20MHz 下测得电流增益|创=60。求工作频率上升到400MHz时,B下降到 多少?计算出该管的? B和?T。31.分别画出NPN晶体管小注入和大注入时基区少子分布图,简
13、述 两者的区别于原因。32.硅NPN平面晶体管,其外延厚度为10 m ,掺杂浓度 N=10 15.cm-3,计算|Ucb|=20V时,产生有效基区扩展效应的临界电 流密度。33.晶体管处于饱和状态时Ie=Ic+Ib的关系式是否成立?画出少子 的分布与电流传输图,并加以说明。34.对于具有同样几何形状、杂质分布和少子寿命的硅和错 PNP、NPN管,哪一种晶体管的开关速度最快?35.硅NPN平面管的基区杂质为高斯分布,在发射区表面的受主浓 度为1019 cm-3,发射结构深度为0.75 am,集电结结深为1.5 集电区杂质浓度为1015 cm -3,试求其最大集电极电流浓度?36.硅晶体管的集电区
14、总厚度为100 am,面积为10-4cm2,当集电 极电压为10V电流为100mA时,其结温与管壳温度之差为几度(忽 略其他介质的热阻)?37.硅NPN晶体管的基区平均杂质浓度为 5 X1017cm-3,基区宽度 为2,发射极条宽为12 am, (3=50,如果基区横向压降为kT/q ,求发 射极最大电流密度。38.在习题37中晶体管的? t为800MHz,工作频率为500MHz , 如果通过发射极的电流浓度为 3000A/cm 2,则其发射极有效条宽应 为多少?第4章思考题和习题I.试画出Ug =0时,P衬底的SiO2栅极的MOS二级管能带图。2试画出P型衬底的理想MOS二极管不同偏压下对应
15、截流子积累、 耗尽及强反型的能带图及电荷分布示意图。3.试画出SiO2 Si系统的电荷分布图。4.N沟和P沟MOS场效应晶体管有什么不同?概述其基本工作原 理。5.制作N沟增强型MOS管衬底材料的电阻率与制作 N沟耗尽型 MOS管衬底的电阻率,哪个选的应高一些,为什么?6.MOS场效应晶体管的阈值电压 Ut值电压受那些因素的影响?其 中最重要的是哪个?7.MOS场效应晶体管的输出特性曲线可分为哪几个区?每个区所对应的工作状态是什么?8.用推导N沟MOS器件漏电流表示式的方法,试推导出P沟MOS 器件的漏电流表示式。9.为什么MOS场效应晶体管的饱和电流并不完全饱和?10.MOS场效应晶体管跨导
16、的物理意义是什么?II.如何提高MOS场效应晶体管的频率特性?12.MOS场效应晶体管的开关特性与什么因素有关?如何提高其开 关速度?13.短沟道效应对MOS场效应晶体管特性产生什么影响?14.已知P沟MOS器件的衬底杂质浓度Nd=5 xi015cm-3,栅氧化层厚度tox = 100nm,栅电极材料为金属铝,测得器件的 值电压Ug=-2.5V。试计算SiO2中的正电荷密度Qox ;若加上衬底偏置电压 Ubs=10V, 值电压漂移多少?分别计算 Ubs为0V、10V时最大耗 尽层宽度?15.已知N沟MOS器件的衬底杂质浓度Na=5 xi015cm-3,栅极为 金属铝,栅氧化层厚度tox=15O
17、nm , SQ2中的正电荷密度Qox=1 X10 22q/cm 2 (q为电子电荷),试求该管的阈值电压Ut?并说明它是 耗尽型还是增强型的?16.如果一个MOS场效应晶体管的Ut=0V ,Ugs=4V , bs=3mA 时,MOS管是否工作在饱和区?17.在掺杂浓度NA=1015cm-3P型Si衬底上制作两个N沟MOS管, 其栅SiO2层的厚度分别为100nm 和200nm,若Ugs-U fb=15V , 则Uds为多少时,漏极电流达到饱和?18.已知N沟MOS器件具有下列参数:Na二1X1016cm-3 =5 0 0 cm2/ V .S, tOX = 1 5 Onm ,L = 4m,沟道宽
18、度 W=100 am, Ut=0 . 5 V。试计算Ugs=4V时的跨导g ms ;若已知 Qox =5 X1010C/cm 2,试计算 Ugs=4V , Uds=10A 时的器件的饱和漏电导 gDsat ;试计算器件的截止频率fT ?19.已知 N 沟 MOS 器件 Na二 1X1016 cm-3, tox=150nm ,L = 4am试计算Ugs=0V时,器件的漏源击穿电压,并解释击穿受什么限 制。20.定性说明在什么情况下MOS场效应晶体管会出现短沟道效应?第5章半导体器件制备技术1.硅的晶格常数为5.43?,假设硅原子为一硬球模型,试计算硅原 子的半径和确定硅原子的浓度为多少?2.用于
19、柴可拉斯基法的籽晶,通常先拉成一小直径(5.5mm )的狭 窄颈以作为无位错生长的开始,如果硅的临界屈服度为2 X 106g/cm 2,试计算此籽晶可以支撑的200mm 直径单晶锭的最大长 度。3.在利用柴可拉斯基法锁生长的晶体中掺入硼原子,为何在尾端的 硼原子浓度会比籽晶端的浓度高?4.简述热氧化形成SiO2的机理和制备SiO2的方法?5.试比较湿法化学腐蚀和干法刻蚀的优缺点。6. 假设测得的磷扩散分布可以用高斯函数表示,其扩散系数 D=2.3Xl0-13cm/s,测出的表面浓度是 1 Xl018cm-3,衬底浓度为 1 X1015cm-3,测得结深为1um,试计算扩散时间和扩散层中的全部杂 质量。7.画出离子注入系统示意图,并结合图简述离子注入机理。、8.为何在定积多晶硅时,通常以硅烷为气体源,而不以硅氯化物为 气体源?9. 解释为何一般锭积多晶硅薄膜的温度普遍较低,大约在 600 650 C之间。10.简述硅平面工艺的过程和各个工序的意义。第6章 Ga在SiO 2/Si结构下的开管掺杂1.简述开展Ga在SiO2/Si结构下单温区开管掺杂的背景。2.叙述Ga在SiO2/Si系下实现掺杂的原理。3.简述再分布过程近硅表面Ga的反扩散特性。4.简述开管扩Ga对晶体管I-V特性的影响。5.简述开管扩Ga在晶闸管一类器件中的应用原理。
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