《半導體物理學》習地訓練題目庫

1、第1章思考題和習題I. 300K時硅的晶格常數(shù)a=5.43? 求每個晶胞內(nèi)所含的完整原子數(shù) 和原子密度為多少？2. 綜述半導體材料的基本特性及 Si、GaAs的晶格結(jié)構(gòu)和特征。3. 畫出絕緣體、半導體、導體的簡化能帶圖，并對它們的導電性能 作出定性解釋。4. 以硅為例，簡述半導體能帶的形成過程。5. 證明本征半導體的本征費米能級 Ei位于禁帶中央。6. 簡述遷移率、擴散長度的物理意義。7. 室溫下硅的有效態(tài)密度Nc=2.8 xi019cm-3, KT=0.026eV,禁帶寬度Eg=1.12eV，如果忽略禁帶寬度隨溫度的變化，求：(a) 計算77K、300K、473K 3個溫度下的本征載流子濃度

2、。(b) 300K本征硅電子和空穴的遷移率分別為 1450cm 2/V s和 500cm 2/V s,計算本征硅的電阻率是多少？8. 某硅棒摻有濃度分別為1016/cm 3和1018/cm 3的磷，求室溫下的 載流子濃度及費米能級Efn的位置(分別從導帶底和本征費米能級算 起)。9. 某硅棒摻有濃度分別為1015/cm 3和1017/cm 3的硼，求室溫下的 載流子濃度及費米能級Efp的位置(分別從價帶頂和本征費米能級算 起)。10. 求室溫下?lián)搅诪?017/cm 3的N +型硅的電阻率與電導率。II. 摻有濃度為3x1016cm-3的硼原子的硅，室溫下計算：(a) 光注入F二邙=3 X101

3、2 cm-3的非平衡載流子，是否為小 注入？為什么？(b) 附加光電導率為多少？(c) 畫出光注入下的準費米能級 E' FN和E' FP(Ei為參考)的位置 示意圖。(d) 畫出平衡下的能帶圖，標出 EC、Ev、Efp、E能級的位置， 在此基礎(chǔ)上再畫出光注入時，Efp'和Efn ',并說明偏離Efp的程度是 不同的。12. 室溫下施主雜質(zhì)濃度 Nd=4 X1015 cm-3的N型半導體，測得載 流子遷移率口 n=1050cm 2/V s,p=400 cm2/V s, KT/q=0.026V, 求相應的擴散系數(shù)和擴散長度為多少？第2章思考題和習題1 .簡述PN結(jié)空

4、間電荷區(qū)的形成過程和動態(tài)平衡過程。2 .畫出平衡PN結(jié)，正向PN結(jié)與反向PN結(jié)的能帶圖，并進行比 較。3 .如圖2 - 6 9所示，試分析正向小注入時，電子與空穴在5個區(qū)域 中的運動情況。4 .仍如圖2 - 6 9為例試分析PN結(jié)加反向偏壓時，電子與空穴在5 個區(qū)域中的運動情況。5試畫出正、反向PN結(jié)少子濃度分布示意圖，寫出邊界少子濃度及 少子濃度分布式，并給予比較。6. 用平衡PN結(jié)的凈空穴等于零的方法，推導出突變結(jié)的接觸電動 勢差Ud表達式。7 .簡述正反向PN結(jié)的電流轉(zhuǎn)換和傳輸機理。&何為正向PN結(jié)空間電荷區(qū)復合電流和反向 PN結(jié)空間電荷區(qū)的 產(chǎn)生電流。9 .寫出正、反向電流電壓

5、關(guān)系表達式，畫出PN結(jié)的伏安特性曲線, 并解釋pN結(jié)的整流特性特性。10 .推導硅突變結(jié)空間電荷區(qū)電場分布及其寬度表達式。并畫出示 意圖。11 .推導線性緩變變結(jié)空間電荷區(qū)電場分布及其寬度表達式。并畫 出示意圖。12 .什么叫PN結(jié)的擊穿與擊穿電壓，簡述PN結(jié)雪崩擊穿與隧道擊 穿的機理，并說明兩者之間的不同之處。13 .如何提高硅單邊突變結(jié)的雪崩擊穿電壓？14 .如何提高線性緩變結(jié)的雪崩擊穿電壓？15 .如何減小PN結(jié)的表面漏電流？16 .什么叫PN結(jié)的電容效應、勢壘電容和擴散電容？17 .什么叫做二極管的反向恢復過程和反向恢復時間？提高二極管 開關(guān)速度的途徑有哪些?18 .以N型硅片為襯底擴

6、硼制備PN結(jié)，已知硼的分布為高斯函數(shù) 分布，襯底濃度Nd=1 xi015/cm 3，在擴散溫度為1180 C下硼在硅 中的擴散系數(shù) D=1.5 x10-12cm2/s，擴散時間t=30min，擴散結(jié)深 Xj=2.7 gm。試求：擴散層表面雜質(zhì)濃度Ns?結(jié)深處的濃度梯度aj ?接觸電勢差Ud?19.有兩個硅PN結(jié)，其中一個結(jié)的雜質(zhì)濃度Na1531735 10 cm Na 5 10 cm 另一個結(jié)的 Nd1935 10 cm1735 10 cm ,求室溫下兩個PN結(jié)的接觸電動勢差。并解釋為什么雜質(zhì)濃度不同，接觸電動勢差的大小也不同。20.計算一硅PN結(jié)在300K時的內(nèi)建電場,183N a 10 c

7、mNd21.已知硅PN163163結(jié).Na 5 10 cm , N d 10 cm ,Dn 21 cm7sDp10 cm2 s5 10 7s,截面積 A 2 10 4cm2，求理想飽和電流J0 ?15310 cmO外加正向電壓為°.5V時的正向電流密度J ?電子電流與空穴電流的比值？并給以解釋。22. 仍以上題的條件為例，假設(shè)g n 計算4V反向偏壓時的產(chǎn)生電流密度。23. 最大電場強度（T=300K ）?求反型電壓300 V時的最大電場強度。20424. 對于一個濃度梯度為10 cm的硅線性緩變結(jié)，耗盡層寬度為0-5 m。計算最大電場強度和結(jié)的總電壓降。193153A .3225.

8、 一硅 P N 結(jié)，其 Na 10 cm ,Nd 10 cm ，面積 A 1 10 cm，計算反向偏壓U分別等于5V和10/的么勢壘電容Ct、空間電荷區(qū)寬度Xm 和最大電場強度Em。16326. 計算硅P N結(jié)的擊穿電壓，其Nd 10 cm （利用簡化式）。16327. 在襯底雜質(zhì)濃度Nd 5 10 cm的N型硅晶片上進行硼擴散，形成183PN結(jié),硼擴散后的表面濃度Ns 10 cm ,結(jié)深Xj 5 m。試求結(jié)深處的濃度梯度aj，施加反向偏壓5時的單位面積勢壘電容和擊穿電壓U B。28. 設(shè)計一 P N突變結(jié)二極管。其反向電壓為，且正向偏壓為 °兀時的正向電流為22mA。并假設(shè)p0 1

9、0 ?s。15329. 一硅P N結(jié)，Nd 10 cm，求擊穿時的耗盡層寬度，若 N區(qū)減 小到5 m計算擊穿電壓并進行比較。18315330. 一個理想的硅突變結(jié)Na 10 cm ,Nd 10 cm，求計算250K、 300K、400K、500K下的內(nèi)建電場Ud，并畫出Ud對溫度T的關(guān)系曲 線。用能帶圖討論所得結(jié)果。求 300K下零偏壓的耗盡層寬度和最大電場第3章思考題和習題1. 畫出PNP晶體管在平衡和有源工作模式下的能帶圖和少子分布示意圖。2. 畫出正偏置的NPN晶體管載流子輸運過程示意圖，并解釋電流傳 輸和轉(zhuǎn)換機理。3解釋發(fā)射效率丫 o和基區(qū)輸運系數(shù)B o*的物理意義。4解釋晶體管共基極

10、直流電流放大系數(shù)a o,共發(fā)射極直流電流放大 系數(shù)Bo的含義，并寫出a 0、旳、丫0和Bo *的關(guān)系式。5什么叫均勻基層晶體管和緩變基區(qū)晶體管？兩者在工作原理上有 什么不同？6. 畫出晶體管共基極、共發(fā)射機直流輸出、輸出特性曲線、并討論 它們之間的異同。7. 晶體管的反向電流I CEO、Ieeo、Ice o是如何定義的？寫出I CEO與I CEO之間的關(guān)系式并加以討論。8. 晶體管的反向擊穿電壓EU ceo、EUceo、EUeeo是如何定義 的？寫出EU ceo與EU ceo之間的關(guān)系式，并加以討論。9. 高頻時晶體管電流放大系數(shù)下降的原因是什么？10. 描寫晶體管的頻率參數(shù)主要有哪些？它們分

11、別的含義是什么？11. 影響特征頻率f T的因素是什么？如何特征頻率f T ？12. 畫出晶體管共基極咼頻等效電路圖和共發(fā)射極咼頻等效電路圖。13. 大電流時晶體管的B o、fT下降的主要原因是什么？14. 簡要敘述大注入效應、基區(qū)擴展效應、發(fā)射極電流集邊效應的機 理。15. 什么叫晶體管最大耗散功率P CM ?它與哪些因素有關(guān)？如何減 少晶體管熱阻R T？16. 畫出晶體管的開關(guān)波形，圖中注明延遲時間T d、上升時間t r、 儲存時間t s、下降時間t f，并解釋其物理意義。17. 解釋晶體管的飽和狀態(tài)、截止狀態(tài)、臨界飽和和深飽和的物理意 義。18. 以NPN硅平面為例，當發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)

12、反偏狀態(tài)下，分別 說明從發(fā)射極進入的電子流，在晶體管的發(fā)射區(qū)、發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)、基 區(qū)、集電結(jié)勢壘和集電區(qū)的傳輸過程中，以什么運動形式(指擴散或 漂移)為主。19. 試比較f a、fB、f 丁的相對大小。20. 畫出晶體管飽和態(tài)時的載流子分布， 并簡述超量存儲電荷的消失 過程。21. 畫出普通晶閘的基本結(jié)構(gòu)圖，并簡述其基本工作原理。22. 有一低頻小功率合金晶體管，用 N型Ge作基片，其電阻率為1.5 cm，用燒銦合金方法制備發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，兩區(qū)摻雜濃度約為3 X1018/cm 3，求 ro (已知 Wb=50 m , Lne=5 m)。23. 某一對稱的P+NP +錯合金管，基區(qū)寬度為5 m,基

13、區(qū)雜質(zhì)濃度 為5 X1015cm-3，基區(qū)空穴壽命為10 s ( Ae=A c=10 -3cm2)。計算在 Ueb=0.26V、Ucb=-50V 時的基極電流Ib ?求出上述條件下的a 0和B o (r0 1)。24. 已知均勻基區(qū)硅 NPN 晶體管的丫 0=0.99,BUcbo = 150V,W b = 18.7 m，基區(qū)中電子壽命Tb=1us (若忽略發(fā)射結(jié) 空間電荷區(qū)復合和基區(qū)表面復合) ，求a 0、B°*和BUceo (設(shè)Dn=35cm 2/s）.25. 已知NPN雙擴散外延平面晶體管，集電區(qū)電阻率p c=1.2 Qcm , 集電區(qū)厚度 Wc=10 m，硼擴散表面濃度 Nbs

14、=5 X1018cm-3，結(jié)深 Xjc=1.4 m。求集電極偏置電壓分別為25V和2V時產(chǎn)生基區(qū)擴展效 應的臨界電流密度。26. 已知P+NP晶體管，其發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)德雜質(zhì)濃度分別為5 xi018cm-3、2 xi016cm-3、1 xi015cm-3，基區(qū)寬度 Wb=1.0 m ,器件截面積為0.2mm2,當發(fā)射結(jié)上的正向偏壓為0.5V，集電結(jié)反向 偏壓為5V時，計算：（1）中性基區(qū)寬度？（ 2）發(fā)射結(jié)少數(shù)載流子 濃度？27. 對于習題26中的晶體管，少數(shù)載流子在發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū) 德擴散系數(shù)分別為52cm 2/s、40cm 2/s、115cm 2/s，對應的少數(shù)載 流壽命分別為10

15、-8s、10-7s、10-6s，求晶體管的各電流分量？28. 利用習題26、習題27所得到的結(jié)果，求出晶體管的端點電流Ie、 Ic和Ib。求出晶體管的發(fā)射效率、基區(qū)輸運系數(shù)、共基極電流增益 和共發(fā)射極電流增益，并討論如何改善發(fā)射效率和基區(qū)運輸系數(shù)？29. 判斷下列兩個晶體管的最大電壓的機構(gòu)是否穿通：晶體管 1:BUcbo = 105V ; BUceo=96V ; BUebo=9V ; BUces=105V（BU ces為基極發(fā)射極短路時的集電極 發(fā)射極擊穿電壓） 晶體管 2: BUcbo=75V ; BUceo=59V ; BUebo=6V。30. 已知NPN晶體管共發(fā)射極電流增益低頻值 0=

16、100 ,在20MHz 下測得電流增益|創(chuàng)=60。求工作頻率上升到400MHz時，B下降到 多少？計算出該管的？ B和？T。31. 分別畫出NPN晶體管小注入和大注入時基區(qū)少子分布圖，簡述 兩者的區(qū)別于原因。32. 硅NPN平面晶體管，其外延厚度為10 m ,摻雜濃度 N=10 15.cm-3，計算|Ucb|=20V時，產(chǎn)生有效基區(qū)擴展效應的臨界電 流密度。33. 晶體管處于飽和狀態(tài)時Ie=Ic+Ib的關(guān)系式是否成立？畫出少子 的分布與電流傳輸圖，并加以說明。34. 對于具有同樣幾何形狀、雜質(zhì)分布和少子壽命的硅和錯PNP、NPN管，哪一種晶體管的開關(guān)速度最快？為什么？35. 硅NPN平面管的基

17、區(qū)雜質(zhì)為高斯分布，在發(fā)射區(qū)表面的受主濃 度為1019 cm-3，發(fā)射結(jié)構(gòu)深度為0.75 am,集電結(jié)結(jié)深為1.5 集電區(qū)雜質(zhì)濃度為1015 cm -3，試求其最大集電極電流濃度？36. 硅晶體管的集電區(qū)總厚度為100 am,面積為10-4cm2，當集電 極電壓為10V電流為100mA時，其結(jié)溫與管殼溫度之差為幾度（忽 略其他介質(zhì)的熱阻）？37. 硅NPN晶體管的基區(qū)平均雜質(zhì)濃度為 5 X1017cm-3，基區(qū)寬度 為2,發(fā)射極條寬為12 am, （3=50,如果基區(qū)橫向壓降為kT/q ,求發(fā) 射極最大電流密度。38. 在習題37中晶體管的？ t為800MHz，工作頻率為500MHz , 如果通

18、過發(fā)射極的電流濃度為 3000A/cm 2，則其發(fā)射極有效條寬應 為多少？第4章思考題和習題I. 試畫出Ug =0時，P襯底的SiO2柵極的MOS二級管能帶圖。2試畫出P型襯底的理想MOS二極管不同偏壓下對應截流子積累、 耗盡及強反型的能帶圖及電荷分布示意圖。3. 試畫出SiO2 Si系統(tǒng)的電荷分布圖。4. N溝和P溝MOS場效應晶體管有什么不同？概述其基本工作原 理。5. 制作N溝增強型MOS管襯底材料的電阻率與制作 N溝耗盡型 MOS管襯底的電阻率，哪個選的應高一些，為什么？6. MOS場效應晶體管的閾值電壓 Ut值電壓受那些因素的影響？其 中最重要的是哪個？7. MOS場效應晶體管的輸出

19、特性曲線可分為哪幾個區(qū)？每個區(qū)所對應的工作狀態(tài)是什么？8. 用推導N溝MOS器件漏電流表示式的方法，試推導出P溝MOS 器件的漏電流表示式。9. 為什么MOS場效應晶體管的飽和電流并不完全飽和？10. MOS場效應晶體管跨導的物理意義是什么？II. 如何提高MOS場效應晶體管的頻率特性？12. MOS場效應晶體管的開關(guān)特性與什么因素有關(guān)？如何提高其開 關(guān)速度？13. 短溝道效應對MOS場效應晶體管特性產(chǎn)生什么影響？14. 已知P溝MOS器件的襯底雜質(zhì)濃度Nd=5 xi015cm-3，柵氧化層厚度tox = 100nm，柵電極材料為金屬鋁，測得器件的值電壓Ug=-2.5V。試計算SiO2中的正電

20、荷密度Qox ;若加上襯底偏置電壓 Ubs=10V， 值電壓漂移多少？分別計算 Ubs為0V、10V時最大耗 盡層寬度？15. 已知N溝MOS器件的襯底雜質(zhì)濃度Na=5 xi015cm-3，柵極為 金屬鋁，柵氧化層厚度tox=15Onm , SQ2中的正電荷密度Qox=1 X10 22q/cm 2 （q為電子電荷），試求該管的閾值電壓Ut?并說明它是 耗盡型還是增強型的？16. 如果一個MOS場效應晶體管的Ut=0V ,Ugs=4V , bs=3mA 時，MOS管是否工作在飽和區(qū)？為什么？17. 在摻雜濃度NA=1015cm-3P型Si襯底上制作兩個N溝MOS管， 其柵SiO2層的厚度分別為1

21、00nm 和200nm，若Ugs-U fb=15V , 則Uds為多少時，漏極電流達到飽和？18. 已知N溝MOS器件具有下列參數(shù)：Na二1X1016cm-3=5 0 0 cm2/ V .S, tOX = 1 5 Onm ,L = 4m，溝道寬度 W=100 am, Ut=0 . 5 V。試計算Ugs=4V時的跨導g ms ;若已知 Qox =5 X1010C/cm 2，試計算 Ugs=4V , Uds=10A 時的器件的飽和漏電導 gDsat ；試計算器件的截止頻率fT ？19. 已知 N 溝 MOS 器件 Na二 1X1016 cm-3, tox=150nm ,L = 4am試計算Ugs=0V時，器件的