《半导体器件》习题及参考答案模板

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1、第二章1一个硅p－n扩散结在p型一侧为线性缓变结，a=1019cm-4，n型一侧为均匀掺杂，杂质浓度为3×1014cm－3，在零偏压下p型一侧的耗尽层宽度为0.8μm，求零偏压下的总耗尽层宽度、内建电势和最大电场强度。解：x＝0处E连续得xn＝1.07µmx总=xn+xp=1.87µm,负号表示方向为n型一侧指向p型一侧。2一个理想的p-n结，ND＝1018cm－3，NA＝1016cm－3，τp＝τn＝10－6s，器件的面积为1.2×10－5cm－2，计算300K下饱和电流的理论值，±0.7V时的正向和反向电流。解：Dp＝9cm2/s，Dn＝6cm2/s，IS=A*JS=1.0*10-16A。

2、＋0.7V时，I＝49.3µA，－0.7V时，I＝1.0*10-16A3对于理想的硅p+-n突变结，ND＝1016cm－3，在1V正向偏压下，求n型中性区内存贮的少数载流子总量。设n型中性区的长度为1μm，空穴扩散长度为5μm。解：P＋>>n，正向注入：，得：4一个硅p+-n单边突变结，ND＝1015cm－3，求击穿时的耗尽层宽度，若n区减小到5μm，计算此时击穿电压。解：n区减少到5µm时，第三章1一个p+-n-p晶体管，其发射区、基区、集电区的杂质浓度分别是5×1018，1016，1015cm－3，基区宽度WB为1.0μm，器件截面积为3mm2。当发射区－基区结上的正向偏压为0.5V，集电

3、区－基区结上反向偏压为5V时，计算(a)中性基区宽度，(b)发射区－基区结的少数载流子浓度，(c)基区内的少数载流子电荷。解：（a）热平衡下，内建电势EB结，Vbi＝0.857V；CB结，Vbi＝0.636V；W＝WB－xneb－xncb＝0.522µm（b）（c）1推导基区杂质浓度为时的基区内建电场公式及基区少子浓度分布表达式。解：不妨设为NPN晶体管，由于基区中杂质存在浓度梯度，其多数载流子（空穴）的分布也存在浓度梯度，它使空穴作扩散运动，这一运动的产生破坏了基区中的电中性，为维持电中性，基区中就产生一电场来阻止基区中空穴的扩散运动。电场的大小是恰好使电场产生的空穴漂移流与因杂质浓度梯度所

4、引起的扩散流相抵消，这一电场就称为缓变基区内建电场。考虑基区中自建电场对电流的贡献，热平衡时，净空穴电流为零。即由此求得εB为平衡时基区中的空穴浓度PB0等于基区的杂质浓度NB，于是上式写为，代入则有考虑电子电流密度：将εB（x）代入上式，可得若忽略基区中空穴的复合，即JnB为常数，我们可以用NB（x）乘上式两端，并从x到WB积分，得近似认为在x=WB处，nB=0，有积分之得到若忽略发射极电子电流在发射结势垒区中的复合，即用JnE代替上式中的JnB，有1一个硅n+－p-n晶体管的发射区和集电区两侧的掺杂是突变的。其发射区、基区、集电区的杂质浓度分别为1019，3×1016，5×1015cm－3

5、，(a)求集电区－基区电压的上限，在该电压下，发射结偏置电压已不再能控制集电极电流，设基区宽度为0.5μm。(b)若截止频率主要受少子穿过基区的渡越时间限制，求在零偏压下共基极和共发射级的电流截止频率（晶体管的发射效率为0.999，基区传输因子为0.99）。解：（a）热平衡下，当时穿通，可得：（b）而fT主要受限制，，，4一个开关晶体管，基区宽度为0.5μm，扩散系数为10cm2/s，基区内的少数载流子寿命为10－7s，晶体管加偏压VCC＝5V，负载电阻为10KΩ，若在基极上加2μA的脉冲电流，持续时间为1μs，求基区的存贮电荷和存贮延迟时间。解：不妨设为N＋PN管，在t1时刻达到饱和，相应集

6、电极电流为存储电荷为5.一理想的PNP晶体管，其发射区、基区、集电区的杂质浓度分别为1019、1017、5×1015cm-3，而少数载流子的寿命分别为10-8、10-7和10-6s，假设器件有效横截面积A为0.05mm2，且射基结上正向偏压为0.6V，请求出晶体管的共基极电流增益。晶体管的其他参数为：DE=1cm2/s，Dp=10cm2/s，DC=2cm2/s，W＝0.5μm。解：6.欲设计一双极型硅晶体管，其截止频率fT为5GHz，请问中性基区宽度W需为多少？假设Dp为10cm2/s，并可忽略发射极和集电极延迟。解：PNP管，fT忽略和，主要受限制，=3.2*10-11s则：=2.53*10

7、-5cm=0.253μm第四章1、求势垒高度为0.8V的Au－Si肖特基二极管的空穴电流和电子电流的比值。硅为n型，电阻率为1Ωcm，寿命τp＝100μs，μp＝400cm2/(Vs)。解：电阻率为1Ωcm，查n－Si的电阻率和浓度的关系图可得ND＝4.5×1015cm－3。，，空穴电流密度为＝2.41×10－12A/cm2,电子电流密度为＝4.29×10－7A/cm2，其中A*＝110A/K2c