《半導(dǎo)體器件》習(xí)題及參考答案

------------------------------------------------------------------------《半導(dǎo)體器件》習(xí)題及參考答案第二章一個硅p－n擴散結(jié)在p型一側(cè)為線性緩變結(jié)，a=1019cm-4，n型一側(cè)為均勻摻雜，雜質(zhì)濃度為3×10解：x＝0處E連續(xù)得xn＝1.07μmx總=xn+xp=1.87μm,負(fù)號表示方向為n型一側(cè)指向p型一側(cè)。一個理想的p-n結(jié)，ND＝1018cm－3，NA＝1016cm－3，τp＝τn＝10－6s，器件的面積為1.2×10解：Dp＝9cm2/s，Dn＝6cm2/s，IS=A*JS=1.0*10-16A＋0.7V時，I＝49.3μA，－0.7V時，I＝1.0*10-163對于理想的硅p+-n突變結(jié)，ND＝1016cm解：P＋>>n，正向注入：，得：4一個硅p+-n單邊突變結(jié)，ND＝1015cm解：n區(qū)減少到5μm時，第三章一個p+-n-p晶體管，其發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的雜質(zhì)濃度分別是5×1018，1016，1015cm－3，基區(qū)寬度WB為1.0μm，器件截面積為3mm解：（a）熱平衡下，內(nèi)建電勢EB結(jié)，Vbi＝0.857V；CB結(jié)，Vbi＝0.636V；W＝WB－xneb－xncb＝0.522μm （b） （c）推導(dǎo)基區(qū)雜質(zhì)濃度為時的基區(qū)內(nèi)建電場公式及基區(qū)少子濃度分布表達式。解：不妨設(shè)為NPN晶體管，由于基區(qū)中雜質(zhì)存在濃度梯度，其多數(shù)載流子（空穴）的分布也存在濃度梯度，它使空穴作擴散運動，這一運動的產(chǎn)生破壞了基區(qū)中的電中性，為維持電中性，基區(qū)中就產(chǎn)生一電場來阻止基區(qū)中空穴的擴散運動。電場的大小是恰好使電場產(chǎn)生的空穴漂移流與因雜質(zhì)濃度梯度所引起的擴散流相抵消，這一電場就稱為緩變基區(qū)內(nèi)建電場?？紤]基區(qū)中自建電場對電流的貢獻，熱平衡時，凈空穴電流為零。即由此求得εB為平衡時基區(qū)中的空穴濃度PB0等于基區(qū)的雜質(zhì)濃度NB，于是上式寫為，代入則有考慮電子電流密度：將εB（x）代入上式，可得若忽略基區(qū)中空穴的復(fù)合，即JnB為常數(shù)，我們可以用NB（x）乘上式兩端，并從x到WB積分，得近似認(rèn)為在x=WB處，nB=0，有積分之得到若忽略發(fā)射極電子電流在發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)中的復(fù)合，即用JnE代替上式中的JnB，有一個硅n+－p-n晶體管的發(fā)射區(qū)和集電區(qū)兩側(cè)的摻雜是突變的。其發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的雜質(zhì)濃度分別為1019，3×1016，5×1015cm解：（a）熱平衡下，當(dāng)時穿通，可得： （b）而fT主要受限制，，，4一個開關(guān)晶體管，基區(qū)寬度為0.5μm，擴散系數(shù)為10cm2/s，基區(qū)內(nèi)的少數(shù)載流子壽命為10－7s，晶體管加偏壓VCC＝5V，負(fù)載電阻為10KΩ，若在基極上加2μA的脈沖電流，持續(xù)時間為1μs，求基區(qū)的存貯電荷和存貯延遲時間。解：不妨設(shè)為N＋PN管，在t1時刻達到飽和，相應(yīng)集電極電流為存儲電荷為5.一理想的PNP晶體管，其發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的雜質(zhì)濃度分別為1019、1017、5×1015cm-3，而少數(shù)載流子的壽命分別為10-8、10-7和10-6s，假設(shè)器件有效橫截面積A為0.05mm2，且射基結(jié)上正向偏壓為0.6V，請求出晶體管的共基極電流增益。晶體管的其他參數(shù)為：DE=1cm2/s，Dp=10cm2/s，DC=2cm2/s，W＝0.5μm。解：6.欲設(shè)計一雙極型硅晶體管，其截止頻率fT為5GHz，請問中性基區(qū)寬度W需為多少？假設(shè)Dp為10cm2/s，并可忽略發(fā)射極和集電極延遲。解：PNP管，fT忽略和，主要受限制，=3.2*10-11s則：=2.53*10-5cm=0.253μm第四章1、求勢壘高度為0.8V的Au－Si肖特基二極管的空穴電流和電子電流的比值。硅為n型，電阻率為1Ωcm，壽命τp＝100μs，μp＝400cm2/(Vs)。解：電阻率為1Ωcm，查n－Si的電阻率和濃度的關(guān)系圖可得ND＝4.5×1015cm ，， 空穴電流密度為＝2.41×10－12A/cm2, 電子電流密度為＝4.29×10－7A/cm2，其中A*＝110A/K2cm2 2、一個歐姆接觸的面積為10－5cm2，比接觸電阻為10－6Ωcm2，這個歐姆接觸是在一個n型硅上形成的。若ND＝5×1019cm－3，ФBn＝0.8V，電子有效質(zhì)量為0.26m0解：比接觸電阻為10－6Ωcm2，ND＝5×1019cm，，其中K是常數(shù)。由此得到，計算得，V＝3.53mV。由此在流過1A的大電流下歐姆接觸結(jié)上電壓降才為3.53mV。3.當(dāng)T=300K時，考慮以金作接觸的n溝GaAsMESFET，假設(shè)勢壘高度為0.89V，n溝道濃度為2×1015cm-3，溝道厚度為0.6解：夾斷電壓為：＝0.525Vn－GaAs材料的導(dǎo)帶有效態(tài)密度為4.7×1017故，內(nèi)建電勢為：因此，閾值電壓也可以求得：，因此是增強型的。第五章1.對于n溝和p溝兩種類型的n+多晶硅-SiO2-SiMOSFET，已知其襯底摻雜濃度都是1017cm-3，其Φms分別為-0.98eV和-0.18eV,Qf/q=5×10解：εSi＝11.8，εSiO2＝3.9對n溝MOSFET的閾值電壓為 其中，＝0.41V＝3.453*10－7F/cm2＝－1.65*10-7C/cm2 Qox＝Qf＝5×1010×1.6×10－19＝8×10－9C/cm 代入上式得：＝0.29V 因為VT>0，且為n溝MOSFET，所以該器件是增強型的。同理可得，pMOSFET的閾值電壓為 其中，＝-0.41V＝3.453*10－7F/cm2＝1.65*10-7C/cm2 Qox＝Qf＝5×1010×1.6×10－19＝8×10－9C/cm 代入上式得：＝-0.54V 因為VTp<0，為p溝MOSFET，所以該器件是增強型的。2.一個n溝MOSFET，Z=300μm，L=1μm,溝道電子遷移率750cm2/Vs