晶体管原理_(部分习题讲解).pdf

部部部部 分分分分 习习习习 题题题题 解解解解 答答答答 部分物理常数 部分物理常数 19 1412 S 103 Gi 1412 S 133 Gi 1 6 10C 0 026V 300k Si 11 88 854 101 045 10F cm Si 1 09eV Si 1 5 10 cm Ge 168 854 101 417 10F cm Ge 0 66eV Ge 2 4 10 cm qkT qT En En 1413 OX 3 98 854103 45310F cm 第第 2 2 2 2 章章 1 1 1 1 在 在 N N N N 区耗尽区中 高斯定理为 区耗尽区中 高斯定理为 D dd AV s q EANv i 取一个圆柱形体积 底面在取一个圆柱形体积 底面在 PN PN PN PN 结的冶金结面 即原点 处 面 积为一个单位面积 顶面位于 结的冶金结面 即原点 处 面 积为一个单位面积 顶面位于 x x x x 处 则由高斯定理可得 处 则由高斯定理可得 nDn s 0 q E xxxNxx maxD s q EE xN x 当当 x x x x x x x xn n n n 时 时 E E E E x x x x 0 0 0 0 因此 因此 于是得 于是得 maxDn s q EN x 2 52 52 52 5a a a a 3 3 3 3 32 AD bi 220 i 5 10 1 ln0 026 ln0 739V 2 25 10 N NkT V qn 5 S pmax A 6 S nmax D 1 2 5 SbiSbi dpnmax 0max0 2 2 83 10 cm 5 67 10 cm 22 3 40 10 cm xE qN xE qN VV xxxE qNEqN 1 2 4 1 0bi max S 2 3 4 34 10 Vcm qN V E 4 4 4 4 1111 2222 SSbibi dbibid0 00bibi 22VVV xVVVVx qNqNVV bidd0 32VVxx 当时 bidd0 83VVxx 当时 D1D1 D 2 D 2 nnn n n D1 bi D2 203163 D1D2 4 bi d 0 d 1 d1 dd ln ddd dln ln 0 026V 1 10cm 1 10 cm 0 026ln 10 0 24V NN N N n JqDqnE x DnkTnkTn E nxqnxqx NkTkT VE xn qqN kT NN q V 由平衡时多子电流为零 得 将 代入 得 6 6 6 6 N N N ND2 D2D2D2 N N N ND1 D1D1D1 0 1 2 0bi max s 153 DADA 0Dbi 2 DAi 76 1 d1d d d exp 0 026 V 0 4 m650 V cm 2 10 cm ln0 757V 1 6 10 kTnkTN x E qnxqN xx xkT N xNE q kT E q qN V E N NN NkT NNV NNqn q 由第题 将代入 得 再将代入 得 突变结的最大电场强度表达式为 式中 1912 S 4 maxmax C 1 045 10F cm 1 52 10 V cmEE 代入中 得 1 D1D1 i1n11Di1n s 2 2max 3 A3A3 ss i2p33Ai2p s d N d 0 d I0 d d P d 0 ss Eqq NEN xC x q xxxEENxxx E EE x Eqq NEN xC x q xxxEENxxx 在型区 边界条件 在处 由此得 在 型区 常数 在 型区 边界条件 在处 由此得 8 8 8 8 1 1 1 1 0i1 x i1n xx i2 x i2p xx N IP smax i11maxDnn sD smax i23maxApp sA Eq xxEEN xx qN Eq xxEEN xx qN 在处 由此得 在处 由此得 i2 x i1 x 0 E 1 E 2max EE 3 E x 0i1 x i1n xx i2 x i2p xx N IP i2p xx i1n xx i1i21Dn3Ap s maxDnAp ss IPN 0 0 0 s qq xxENxxENxx qq xEN xN x 对于无 型区的结 在处 电场达到最大 2 2 2 2 max bi npmax E V xxE 表面上 两种结构的的表达式相同 但由于两种结构 的掺杂相同 因而相同 即电场曲线与横轴所围面积相同 所以两种结构的 与并不相同 0 E 1 E max E 3 E x smaxsmax npmax DA 1 2 0isbi max 2 s0i 2 11 EE xxE qNqN qN xV E qN x 将代入 解出 得 1 2 0bi imax s imaximax 2 PN0 0 qN V xE xExE 对于结 可令 得 当增大时 减小当时 DA bimaxnmaximaxp 2 i bi max nip ii1i2 PIN 11 ln 22 2 2 N NkT VExExEx qn V E xxx xxx 对于结 式中 ppApA nnDnD 2 pi dp pD 2 ni dn nA dpnpApA n dnpnDpnD 1 exp1 exp1 1 qNN qNN qD n qV J L NkT qD nqV J L NkT JL D NN L JL D NLN 已知 由于 因此 20 20 20 20 24 24 24 24 PNPNPNPN 结的正向扩散电流为结的正向扩散电流为 0 exp qV II kT 式中的式中的 I I I I0 0 0 0 因含因含 n n n ni i i i2 2 2 2 而与温度关系密切 因此正向扩散电流可表为而与温度关系密切 因此正向扩散电流可表为 2 G 1i2 expexp EqVqV IC nC kTkT 于是于是 PNPNPNPN 结正向扩散电流的温度系数与相对温度系数分别为结正向扩散电流的温度系数与相对温度系数分别为 GGG 2 22 d exp d EqVEqVEqVI CI TkTkTkT G 2 1d d EqVI ITkT 31 31 31 31 当当 N N N N 区足够长时 开始发生雪崩击穿的耗尽区宽度为 区足够长时 开始发生雪崩击穿的耗尽区宽度为 B dB C 22 144 9 m 32 V x E 当当 N N N N 区缩短到区缩短到 W W W W 3 3 3 3 m m m m 时 雪崩击穿电压成为 时 雪崩击穿电压成为 2 2 dB BB dB 93 1144 180V 9 xW VV x 1 2 s0 T 1 bi 2 bi biT T 2 0 6V 3V10 pF 3 6 10 3 6 0 2V 10 3 6 10 930 pF 0 4 qNK CA VV VV K VVC KV C 已知对于单边突变结 当时 由此可得 因此当时 34 34 34 34 F0 FF D F DD D DD D exp d d 300K 0 026V 10 mA0 01A 101 0 385s 2 6 26 373 100 C0 0260 0323V 300 101 0 309s 3 23 32 3 qV II kT IqI g VkT kT TI q gr g kT q gr g 当时对于 在时 39 39 39 39 第第 3 3 3 3 章章 1 1 1 1 NPN NPN NPN NPN 缓变基区晶体管在平衡时的能带图缓变基区晶体管在平衡时的能带图 NPN NPN NPN NPN 缓变基区晶体管在放大区时的能带图缓变基区晶体管在放大区时的能带图 2 2 2 2 NPN NPN NPN NPN 缓变基区晶体管在放大区时的少子分布图缓变基区晶体管在放大区时的少子分布图 E0 p C0 p B0 n 3 3 3 3 C1 B1 80 I I CCC2C1 0 BBB2B1 d 100 d IIII IIII BBnEB nEB BB 241921 nEBB 123 B 2 BEiBE Bp0 B BB BEBBi 2 i 0 0 0 1 cm 2 10 cm 1 6 10C 15cms 0 8 33 10 cm 0 expexp 0 ln 0 qD nJ W Jn WqD JAWqD n qVnqV nn kTNkT nNkTkT VnNn qnq 由可得 将 之值代入 得 又由 得 将 及之值代 BE 2 2 6 BB nBB BBn 0 55V 1 11 10 s 22 0 9987 V WW WD LD 入 得 已知 将及 之值代入 得 6 6 6 6 7 7 7 7 2 11 B b B 21 11 125 10s 2 W D 8 8 8 8 以 以 NPN NPN NPN NPN 管为例 当基区与发射区都是非均匀掺杂时 由式 管为例 当基区与发射区都是非均匀掺杂时 由式 3 333 333 333 33a a a a 和式 和式 3 333 333 333 33b b b b B 222 BiBEEBiBE nE BO B 0 exp1exp1 d W qD nqVA q D nqV J kTQkT Nx E 222 EiBEEEiBE pE EO E 0 exp1exp1 d W qD nqVA q D nqV J kTQkT Nx 再根据注入效率的定义 可得 再根据注入效率的定义 可得 11 pE BOEnEnE EnEpEnEBEB 11 J Q DJJ JJJJQ D 2 BiBE CEnCEnEE BB 2 2 BB BBB 4219 E 211034 BiB 173 BBE exp 1 110 9986 22 10 m0 9986 1 6 10C 18cms 1 5 10 cm 0 7 10cm 10 cm 0 7V 0 026V qD nqV IA JAJA W NkT WW LD Aq DnW kT NV q 式中 将 之值代入 得 C C B 4 55 mA 0 9936 155 0 029 mA 1 I I I 9 9 9 9 EE BOEEBBEBBB EOB BEBBE 00 119 BOBBBEO 2121 EB 111 dd 3 2 10C 1 28 10C 2cm s 18cm s 0 9972 WW QDD W ND A qW N QD DNxD A qNx QA qW NQ DD 式中 代入中 得 10101010 1 1 1 1 2 2 2 2 2 B B B 10 9999 2 W D 0 9971344 1 3 3 3 3 4 4 4 4 EOB BOE EOB BOE 1 360 4 7 QD QD QD e QD 当由基区输运造成的亏损非常小时 可假设 这时 可用来代替 误差为 14 14 14 14 B C b Q I 已知 CB Bb 104 I I 所以 本题与第题的第 小题分别是两种极端情况 B Br B 1 Q II 若假设 则 pBB EBBnBB npnpnp BEEnEEpEE npnpnpnpnp 222 BBB npnpnp BBnnpp npnpnpnpnp 11 1 1 1 1 222 D W N D W ND W N D W ND W ND W N DkT D q DD WWW DDD DD 由可知 15 15 15 15 20 20 20 20 当忽略基区中的少子复合及 当忽略基区中的少子复合及 I I I ICEO CEOCEOCEO 时 时 B 2 BiBE CnEE B 0 exp1 d W qD nqV IIA kT Nx BE B B BB 2 CCEBE EBi2 oCE B 0 d d1 exp1 d V W W N W IVqV A qD n rVkT Nx B B BB CE C B 0 d d d W W NW V I Nx C A I V CB B A BCE BdBCECBBE B BECECBA dBCB 1 2 sCbiCB dB BCB 1 2 dBsC CBBCBbiCB 1 2 BCBbi A0B sC dd dd dd dd 2 d d2 2 V W V WV WxVVV W VVVV xV NVV x qNNN xN VqNNNVV qNNNV VW N 对均匀基区 式中 因保持不变 所以于是 B B ABBB 0 CE d d d W W VNxNW V 27 27 27 27 实质上是实质上是 I I I ICS CSCSCS CB 1 2 BCBbi A0B sC 2 126 V V qNNNV VW N 22 22 22 22 33 BC bi 220 i 1 10 ln0 026 ln0 757 V 2 25 10 N NkT V qn 使使 N N N NB B B B N N N NC C C C 这样集电结耗尽区主要向集电区延伸 可使 基区不易穿通 这样集电结耗尽区主要向集电区延伸 可使 基区不易穿通 39 39 39 39 为提高穿通电压为提高穿通电压 V V V Vpt pt pt pt 应当增大 应当增大 WWWWB B B B 和和 N N N NB B B B 但这恰好与提 高 但这恰好与提 高 相矛盾 解决方法 相矛盾 解决方法 48 48 48 48 当当 I I I IE E E E 很大时 很大时 这时这时 0 0 0 0 CBOEC III 在在 I I I IE E E E 很小或很大时 很小或很大时 都会有所下降 都会有所下降 0 d d E I 在正常的在正常的 I I I IE E E E 范围内 范围内 几乎不随几乎不随 I I I IE E E E 变化 变化 这时这时 0 d d E I 0 d d E I 0 0 0 0 与与 也有类似的关系也有类似的关系 CE 0E EEE dd d ddd II I III 2 EB 0 2 B1B 21 11 2 RW RL 口 口 T T C1T1 C2T2 TdcT T ebb ebeTETETE EC 1mA4 100400MHz 4mA4 5 100450MHz 500MHz 1 2 f ff If If ff f kTkT r CCC qIqI 对于沟道增强型 由于 可知 因此处于饱和区 漏极电流表达式 为 式中 5 5 5 5 1 2 1 2 OXsDFB TMSFB