第六章作業(yè)答案

1、 第六章 pn 結（1）討論pn結勢壘高度對，摻雜濃度以及溫度的依賴關系。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時的值。 1）0.7eV 2) 0.3 eV（2）對于施加偏壓的pn結，求得下式的最主要的依據是甚么？ 最主要的依據是準費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，電子費米能級可以看成是平直的。（3）說明pn結中的注入少子在小注入情形下主要依賴擴散運動。（4）比較Si和Ge的pn結的反向電流。反向電流為何隨溫度增大？當溫度由300K增加到400K時，Ge的pn結的反向電流增加多少倍。T大j0大1488倍（5） 討論半

2、導體材料的對pn結性質的影響：1) 導通電壓（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（擴散區(qū)產生電流為主,還是空間電荷區(qū)產生電流為主）3) 結的允許使用溫度1）eg 大， j0小，在j相同時，則導通電壓V大2）它與j0的比值(若只取與np0相聯(lián)系的項(n+p結)為 eg 大， ni小，反向電流中空間電荷區(qū)產生電流成分增加3)eg小，反向飽和電流密度大, 引起的熱損耗大, 結溫上升, 導致反向飽和電流密度增加, 容易引起熱電擊穿。eg 大, 結的允許使用溫度大。（6）分析反向偏置的pn結中準費米能級的變化并示意畫出少子擴散區(qū)中少子的分布。（7）說明在小注入pn結中，電子或

3、空穴在多子區(qū)，空間電荷區(qū)，和注入區(qū)的運動情況。多子區(qū)：漂移運動；空間電荷區(qū)：漂移+擴散運動, 擴散>漂移；注入區(qū)：擴散運動（8）說明pn結兩邊的電子電流和空穴電流是如何實現(xiàn)轉換的。（9）討論pn結兩側的摻雜情況對結性質的影響 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）結電容（單位面積） 4) 若=12，/cm，/cm，VD=1V, 求偏壓為0.3V，0V，-10V 時的勢壘寬度和單位面積結電容。1）摻雜濃度高的一側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，設空間電荷區(qū)邊緣的電荷增量為dQ。它在耗盡層產生的附加

4、電場為dQ/ ee0。所產生的附加電壓dV可表示為 可以把結的總體電容看成由兩個電容串聯(lián)而成 解二:N*大，C大；C由摻雜濃度低的一側決定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，突然施加反向電壓，在由正向向反向轉換的一瞬間會發(fā)生什么現(xiàn)象瞬間會出現(xiàn)一個較大的反向電流.電荷存儲和二極管瞬態(tài)1.關瞬態(tài)二極管由開態(tài)變?yōu)殛P態(tài)t<0時， 正偏電流為：當外加電壓由正偏變?yōu)榉雌珪r，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。假設在那時的反偏二極管壓降相對于VR很小，于是反偏電流近似為：pn結的電容不允許結壓降立即變化。由上式可得反偏電流密度梯度為常量,相應的空間電荷區(qū)邊緣少子濃度隨時間的變化見下圖。 下圖中，ts稱為存儲時間，即為空間電荷區(qū)邊緣少子濃度達到熱平衡值時所經歷的時間。在ts之后，結上的壓降開始發(fā)生變化。摘自<<半導體物理與器件>> Dona H. Neamen（11）由實驗得到的電容電壓關系可表示為, 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)內的電場增強，能帶更加傾斜，Dx=Eg/qïEï將變得更短。 式中E(x)表示點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。為了計算方便起見，令E=0，并假定勢壘區(qū)內有一恒定電場çEç，因而在x點處，將其代入 積分式中，并取積分上、下限為Dx及0，故 經計算并利用Dx=Eg/qïEï關系可得因勢壘區(qū)內導帶底的斜率是q(VD-V)/XD，同時這斜率也是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（因為VD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的異質結能帶圖： 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型側和p型側是如和分配的？ 4）自建勢在n側和p側的分配決定于什么？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） 導出異質突變pn結的空間電荷區(qū)寬度、結電容及空間電荷區(qū)p型一側電荷面密度。和同質突變pn結的有關結果進行比較。 能否有類似式（6-2-21)的關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