1、精選文庫半導(dǎo)體器件原理簡單教學(xué)課題的答案傅興華1.1簡要敘述單晶、多晶、非晶材料結(jié)構(gòu)的基本特征分解固體材料中的原子和分子的排列顯示出嚴(yán)格一致的周期性的單晶材料原子和分子的排列在狹小的范圍內(nèi)呈現(xiàn)周期性，在寬廣的范圍內(nèi)沒有周期性的是多晶材料原子和分子沒有周期性是非晶質(zhì)材料1.6有效質(zhì)量是指，根據(jù)E(k )平面上的帶圖的定性，判斷硅鍺和砷化鎵傳導(dǎo)帶電子的遷移率的相對大小解有效質(zhì)量是對加速度的阻力由帶圖可知，Ge和Si是間接帶隙半導(dǎo)體，Si的Eg比Ge的Rg大，因此GaAs是直接帶隙半導(dǎo)體，其遷移與晶格交換能量，因此相對地假設(shè)1.10兩半導(dǎo)體的禁帶寬度以外的性質(zhì)相同，材料1的禁帶寬度為1.1eV，材料

2、2的禁帶寬度為3.0eV，計(jì)算兩半導(dǎo)體材料的本征載流子濃度比，則哪個(gè)半導(dǎo)體材料適合制作在高溫環(huán)境下工作的器件？解本征載流子濃度：兩種半導(dǎo)體除了禁帶以外的性質(zhì)相同0更適合在高溫環(huán)境下以300K計(jì)算1.11硅中電子濃度，計(jì)算硅中的空穴濃度，描繪半導(dǎo)體帶圖，判斷該半導(dǎo)體是n型還是p型.解是p型半導(dǎo)體對于1.16硅中受主雜質(zhì)濃度，計(jì)算300K下的載流子濃度和，計(jì)算費(fèi)米能級(jí)相對于本征費(fèi)米能級(jí)的位置，描繪帶曲線圖.解T=300K該半導(dǎo)體是p型半導(dǎo)體關(guān)于1.27砷化鎵中的施主雜質(zhì)濃度，分別計(jì)算T=300K、400K的電阻率和電導(dǎo)率。解電導(dǎo)率、電阻率1.40半導(dǎo)體中載流子濃度、本征載流子濃度計(jì)算非平衡空穴濃度

3、、非平衡空穴的壽命、電子-空穴的復(fù)合率，計(jì)算載流子的費(fèi)米能級(jí)和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)因?yàn)榻馐莕型半導(dǎo)體。2.2有兩個(gè)pn結(jié)，一個(gè)結(jié)的雜質(zhì)濃度、另一個(gè)結(jié)的雜質(zhì)濃度，在室溫全電離下分別求出接觸電位差，解釋為什么雜質(zhì)濃度不同，接觸電位差的大小也不同?？芍饨佑|電位差與有關(guān)，所以雜質(zhì)濃度不同，接觸電位差也不同.2.5硅pn結(jié)分別描繪正偏壓0.5V、反偏壓1V的帶圖.解=加：反偏振：設(shè)n區(qū)和p區(qū)的寬度分別大于少數(shù)載流子擴(kuò)散長度，結(jié)面積=1600，分別計(jì)算2.12硅pn結(jié)的雜質(zhì)濃度(T=300K，正向電流為1mA時(shí)的施加電壓(2)要使電流從1mA增大到3mA，施加電壓需要增大多少？(3)在維持(1)的電壓的情況下，溫

4、度t從300K上升到400K時(shí)，電流上升了多少？解(1)(2)(3) .是.根據(jù)2.14理想的pn結(jié)電流電壓方程式，計(jì)算反向電流等于反向飽和電流的70%時(shí)的反向偏置電壓值。解為了計(jì)算2.22硅pn結(jié)的雜質(zhì)濃度，計(jì)算pn結(jié)的逆耐壓，使其逆電壓上升到300V，n側(cè)的電阻率應(yīng)該是多少？解(1)逆耐壓(2)2.24硅突變pn結(jié)以pn結(jié)破壞時(shí)的最大電場為基準(zhǔn)，計(jì)算pn結(jié)的破壞電壓解突變結(jié)的逆擊穿電壓在2.25雜質(zhì)濃度的硅基板上使硼擴(kuò)散形成pn結(jié)，硼擴(kuò)散的便面濃度是在接合深度，求出該pn結(jié)5V的反電壓下的阻擋電容解已知2.26硅結(jié)n區(qū)域的電阻率是求出pn結(jié)的雪崩擊穿電壓、屈服時(shí)的耗盡區(qū)域?qū)挾群妥畲箅妶鰪?qiáng)度

5、.解以3.5npn硅平面晶體管為例，放大偏壓條件下從發(fā)射極歐姆接觸進(jìn)入的電子流在晶體管的發(fā)射極區(qū)、發(fā)射極結(jié)空間電荷區(qū)、基極區(qū)、集電極勢壘區(qū)和集電極區(qū)的傳輸過程中以什么樣的運(yùn)動(dòng)形式(擴(kuò)散或漂移)為主脫發(fā)射極區(qū)域-擴(kuò)散發(fā)射極結(jié)空間電荷區(qū)域-漂移基極區(qū)域-擴(kuò)散集電極勢壘區(qū)域-漂移集電極區(qū)域-擴(kuò)散3.6如表中所示，三個(gè)npn晶體管的基極區(qū)域雜質(zhì)濃度和基極區(qū)域?qū)挾龋蛊溻挪牧蠀?shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，對下一個(gè)特性參數(shù)判斷哪個(gè)晶體管具有最大值，并簡要地說明理由。(1)發(fā)射接合注入效率。 (2)基極區(qū)域運(yùn)輸系數(shù)。 (3)直通電壓。 (4)相同BC結(jié)反向偏置下的BC結(jié)耗盡層電容。 (5)發(fā)射極電流增益。電子設(shè)備基極

6、區(qū)域雜質(zhì)濃度基極區(qū)域的寬度甲組聯(lián)賽乙級(jí)聯(lián)賽c.c解(1)(2)(3)(4)(5)3.9硅npn晶體管的材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)如下發(fā)射區(qū)域基極區(qū)域集電區(qū)域計(jì)算晶體管的發(fā)射極結(jié)注入效率、基極區(qū)域輸送系數(shù)，計(jì)算復(fù)合系數(shù)，計(jì)算晶體管的發(fā)射極電流放大系數(shù)。解已知用于3.13npn非均勻基極晶體管的參數(shù)用電子擴(kuò)散系數(shù)、本征基極塊電阻來計(jì)算其電流放大系數(shù)基極區(qū)域的輸送系數(shù)(基極區(qū)域?qū)挾?、基極區(qū)域的少子擴(kuò)散長度)、發(fā)射極結(jié)注入效率(發(fā)射極區(qū)域和基極區(qū)域的阻擋電阻)輻射接合復(fù)合系數(shù)公共基極直流電流放大系數(shù)=0.9971發(fā)射器間直流電流放大系數(shù)=352.14893.34硅晶體管的標(biāo)稱耗散功率為20W，總熱電阻在全負(fù)載條件

7、下可接受的最高環(huán)境溫度是多少(硅、鍺)解最大耗散功率為全負(fù)載條件的雙曲正切值3.39晶體管導(dǎo)通后的特性有什么變化？ 求出某晶體管基極區(qū)域的雜質(zhì)濃度、集電極區(qū)域的雜質(zhì)濃度、基極區(qū)域的寬度、集電極區(qū)域的寬度、晶體管的破壞電壓.解集電極電流不再受基極電流控制，集電極電流的大小受發(fā)射極區(qū)和集電極區(qū)的體電阻限制，在外部電路中出現(xiàn)大的電流。貫通電壓、冶金基底區(qū)域的擴(kuò)大4.1簡要說明jfet的工作原理n通道和p通道結(jié)型場效應(yīng)晶體管的工作原理完全相同，目前以n通道結(jié)型場效應(yīng)晶體管為例，對其工作原理進(jìn)行了分析。 在n溝道結(jié)型場效應(yīng)晶體管工作時(shí)也需要施加偏置電壓，即，在柵極-源極間施加負(fù)電壓，使柵極-源極間的結(jié)反

8、向偏置，柵極電流、場效應(yīng)晶體管顯示高輸入電阻(達(dá)到108左右)。 在漏極-源極之間施加正電壓()，通過電場使n溝道中的多數(shù)載流子電子從源極漂移運(yùn)動(dòng)到漏極，形成漏極電流。 的大小主要由柵極-源極電壓控制，也受漏極-源極電壓的影響。 因此，研究場效應(yīng)晶體管的工作原理是研究柵極-源極間電壓vGS對漏極電流(或溝道電阻)的控制作用和漏極-源極間電壓對漏極電流的影響。關(guān)于4.3 n溝道JFET的材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)：溝道寬度Z=0.1mm，溝道長度、溝道厚度為： (1)計(jì)算柵極接合的接觸電位差(2)夾斷電壓(3)冶金溝道電導(dǎo)(4)和時(shí)的溝道電導(dǎo)(空間解(1)(2)(3)(4)如果是突變的結(jié)描繪4.7型襯底MO

9、S二極管的能帶圖，研究其表面積蓄、耗盡化、弱反型和強(qiáng)反型的狀態(tài)?？磁赃叺膱D！4.12溝道MOSFET的工作原理簡要敘述。解除關(guān)閉：在漏極和源極之間加電源，使柵極和源極之間電壓為零。 在p基極區(qū)域和n漂移區(qū)域之間形成的pn結(jié)被反向偏置，漏極和源極之間沒有電流流動(dòng)。導(dǎo)電：柵極-源極之間施加正電壓，柵極絕緣，因此不流過柵極電流。 但是，柵極的正電壓擴(kuò)大其下方的p區(qū)域的空穴，將p區(qū)域的少子電子吸引到柵極下方的p區(qū)域的表面，如果比(導(dǎo)通電壓或閾值電壓)大，則柵極下的p區(qū)域的表面的電子濃度超過空穴濃度，p型半導(dǎo)體反轉(zhuǎn)成n型而成為反型層，該反型層成為n知道4.15溝道MOSFET的溝道長度、溝道寬度、柵極氧

10、化層厚度、閾值電壓、襯底雜質(zhì)濃度，求出柵極電壓為7V時(shí)的漏極飽和電流。 在這個(gè)條件下，漏極側(cè)的通道是否與幾伏開始夾斷相同？ 在計(jì)算中取。解飽和漏極電流在4.16的p型硅111基板上，氧化層的厚度為70nm，層等效電荷面密度計(jì)算MOSFET的閾值電壓。解除閾值電壓耗盡區(qū)域?qū)挾鹊淖畲笾得繂挝幻娣e的氧化層電容將4.19用n溝道MOSFET作為可變電阻，得到的電阻、溝道電子濃度應(yīng)該是多少？ 多少錢？你有什么要求？解開交叉導(dǎo)游5.2 T=300K，n型硅襯底的雜質(zhì)濃度，描繪平衡狀態(tài)的金-硅接觸帶圖，計(jì)算肖特基勢壘高度、半導(dǎo)體側(cè)的接觸電位差、空間電荷區(qū)域厚度w。解(1)(2)(3)分別描繪了5.4鈦Ti、

11、n型硅和p型硅理想接觸的能帶圖。 如果是整流接觸，則設(shè)置硅基板，分別計(jì)算肖特基勢壘的高度、半導(dǎo)體側(cè)的接觸電位差。解5.10 T=300K，n型硅襯底雜質(zhì)濃度計(jì)算了金屬鋁-硅肖特基接觸平衡狀態(tài)的反電流、正偏壓為5V時(shí)的電流。 在計(jì)算中取理查森常數(shù)。解分別描繪5.13gaalas-gsas半導(dǎo)體Pn結(jié)和Np結(jié)的平衡帶圖。看旁邊的圖！假定6.3GaAs導(dǎo)帶電子分布在導(dǎo)帶底部03/2 kT范圍內(nèi)，價(jià)帶空穴分布在價(jià)帶上03/2 kT范圍內(nèi)，計(jì)算光子發(fā)射的波長范圍和帶寬。解6.6 T=300K，考慮一個(gè)硅pn結(jié)光電二極管，施加反向偏置電壓6V，穩(wěn)態(tài)光發(fā)生率，pn結(jié)參數(shù)如下的雙曲馀弦值。 計(jì)算其光電流密度，

12、比較空間電荷區(qū)和擴(kuò)散區(qū)對光電流密度的影響。解穩(wěn)態(tài)光電流密度利用6.8帶隙工程，能得到鎵-鋁-砷()和鎵-砷-磷()的最大放射光波長值是多少？解計(jì)算6.9鎵-鋁-砷()和鎵-砷-磷()在x=0.3時(shí)放射的光的波長。解同6.8，x=0.3！(1)帶：由原子軌道構(gòu)成的分子軌道的數(shù)量非常多，形成的分子軌道的能級(jí)可以看作是準(zhǔn)連續(xù)的，即形成帶。 (2)半導(dǎo)體帶的特點(diǎn)：帶隙，電絕緣小，傳導(dǎo)帶空，價(jià)格帶滿。 (3)本征半導(dǎo)體：純粹的無缺陷半導(dǎo)體。 (4)本征空穴：由于純硅在3價(jià)銦和鋁原子周圍有3價(jià)電子，因此與等價(jià)硅原子的共價(jià)鍵將減少1個(gè)電子，形成空穴。 (5)本征電子：向純硅中導(dǎo)入v族元素，取代晶格中硅原子的位置。 (6)同型pn結(jié)：由相反導(dǎo)電型的同一種半導(dǎo)體單晶材料構(gòu)成的pn結(jié)。 (7)異種pn結(jié)：由兩種不同的半導(dǎo)體單晶材料構(gòu)成。 (8)LED的發(fā)光原理：兩端施加正向電壓，半導(dǎo)體中的自由電子和空穴再結(jié)合，釋放過剩的能量引起光子釋放的優(yōu)點(diǎn)：工作壽命長、功耗低、反應(yīng)時(shí)間快、體積小、重量輕、電阻高、容易調(diào)整光，改變顏色的控制性大。 (9)pn結(jié)I-V特