《半导体器件习题》PPT课件

半导体器件习题PN结和三极管,田野,3月14日作业,1、讨论影响共射极电流增益的因素；2、比较多晶硅发射极晶体管与扩散晶体管的优越性。,1、讨论影响共射极电流增益的因素,出现在P278表10.3其中NB、NE为基极、发射极掺杂浓度DB、DE为基极、发射极少子扩散系数、xB、xE为中性基极、发射极宽度，LB为基区少子扩散长度，Jr0、Js0为零偏复合电流和饱和电流密度,1、讨论影响共射极电流增益的因素,xBE是B-E结耗尽层宽度，nB0热平衡时基区少子浓度,1、讨论影响共射极电流增益的因素,爱因斯坦关系：P127表5.2记住Si材料中T=300K时典型迁移率，表中所给出的是体内的迁移率，提问：体内的迁移率大还是体外的迁移率大？,1、讨论影响共射极电流增益的因素,载流子在运动过程中主要受到两种散射：电离杂质散射、声学波散射，详细可以参阅半导体物理P123,2、比较多晶硅发射极晶体管与扩散晶体管的优越性,集成电路原理与设计P66采用常规SBC结构的双极型晶体管在发展中遇到两个问题：一、纵向尺寸按比例缩小时，当xjE缩小到200nm以下时，xjE小于发射区中少子的扩散长度，这将导致基极电流增大，增益下降；二、基区宽度的减少，又导致穿通现象的发生，解决穿通问题我们一般增加基区的掺杂浓度，但这会引起增益下降。,2、比较多晶硅发射极晶体管与扩散晶体管的优越性,因此采用多晶硅发射极结构，因为同等掺杂浓度下，其电流增益提高了310倍。因此可以保证在同等增益的情况下，提高基区掺杂浓度，克服了穿通现象。,2、比较多晶硅发射极晶体管与扩散晶体管的优越性,其他优点：一、采用多晶硅作发射极，离子注入惨杂形成发射区时，粒子打在多晶硅上，避免了硅表面损伤和缺陷的残生，实现了完美注入二、多晶硅形成良好浅结的同时还形成了欧姆接触和发射极引线,第十章作业,10.1均匀掺杂的n+p+n型双极晶体管，处于热平衡状态。（a）画出其能带图，（b）画出器件中的电场，（c）晶体管处于正向有源区时，重复（a）和（b）。,第十章作业,10.5（a）一个双极晶体管工作于正向有源区，基极电流iB=6.0A，集电极电流iC=6.0A。计算，和iE。对于iB=50A，iC=2.65mA，重复（a）。,10.5,第十章作业,10.8一个均匀掺杂的npn型硅双极晶体管工作于正向有源区，B-C结加反偏电压3V。基区宽度为1.10m。晶体管的掺杂浓度为NE=1017cm-3，NB=1016cm-3，NC=1015cm-3。（a）T=300K时，B-E结电压为何值时，x=0处的少子浓度是多子浓度的10%？（b）在该偏置下，确定x=0出的少子浓度。（c）计算中性区宽度。,复习-PN结,PN结是将同种半导体材料的N型和P型两部分紧密结合在一起，在交界处形成一个结，即称为PN结，为实现“紧密接触”一般采用合金法、扩散法、外延生长法和离子注入法结的两边载流子相差悬殊会发生扩散，形成一个N区为正，P区为负的电偶极层，产生又N区指向P区的自建电场，此电场的作用是阻止载流子进一步相互扩散。,复习-PN结,所产生的电势差称为自建电势差，其作用是对载流子的扩散运动形成势垒，使载流子通过结的净流动为零，达到平衡。这个势垒的存在使整个结构在结区形成能带弯曲，其弯曲高度称为势垒高度，它恰恰补偿了原来两边半导体中费米能级的高度差，使两边达到等高的同意费米能级。势垒高度,复习-PN结,PN结总电流（肖克莱方程）肖克莱方程是在理想PN结条件下导出的，它只是揭示了PN结导电性质的基本原理。但实际的PN结与它有差异，主要是因为没有考虑以下效应（1）表面效应（2）势垒区中的载流子产生和复合（3）大注入效应（4）串联电阻效应,复习-PN结,复习-PN结,复习-PN结,复习-PN结,复习-PN结,复习-PN结,复习-PN结,复习-PN结,第十章作业,10.8一个均匀掺杂的npn型硅双极晶体管工作于正向有源区，B-C结加反偏电压3V。基区宽度为1.10m。晶体管的掺杂浓度为NE=1017cm-3，NB=1016cm-3，NC=1015cm-3。（a）T=300K时，B-E结电压为何值时，x=0处的少子浓度是多子浓度的10%？（b）在该偏置下，确定x=0出的少子浓度。（c）计算中性区宽度。,10.8,10.8,10.8,10.8,10.8,10.8,复习-肖克莱方程,复习-肖克莱方程,第十章作业,10.34一个均匀掺杂的pnp型硅双极晶体管，其参数为NE=1018cm-3，NB=1016cm-3，NC=1015cm-3。T=300K。冶金结基区宽度为1.2m。DB=10cm2/s，B0=510-7s。假设基区中的少子空穴按线性分布。VEB=0.625V。（a）计算VBC=5V，VBC=10V，VBC=15V三种情况下基区中的空穴扩散电流密度。（b）估计厄尔利电压。,10.34,10.34,(8.110)(P214例8.7),10.34,10.34,10.34,10.34,10.34,1.某一晶体管，它的基区掺杂浓度从pp(0)=21017/cm3到pp(WB)=21014/cm3线性变化，其中，WB=0.4m(1)计算x=WB/2处，由于载流子浓度梯度产生的电场强度。(2)计算这种结构的基区Gummel数。,