施敏-课后习题答案ppt课件

回答半导体器件的物理练习问题，第1、2章热平衡时的带与载流子浓度，2、2、2,1.(a )硅中两个最接近原子的距离是多少？ 另外，由于：(a )硅的晶体结构是金刚石晶格结构，该结构也属于面心立方晶体家族，并且在立方体的对角线的1/4(a/4的长度)、硅的300K处的晶格常数为5.43，所以硅中的最邻近原子距离=，3，(b )硅中的(100 k )晶格常数4、从(1)面看，一个单元的侧面有原子，因此，从每平方厘米的原子数=、5、(2)面看，一个面有原子，因此，从每平方厘米的原子数=、6、(3)面看，一面有原子，因此，将每平方厘米的原子数=、7、2 .金刚石晶格中的原子作为底找到图中三原子(x、y、z )的高度。 8，解：这个正方形内部的各原子，可以看作是一个顶点和三个邻接面的面心原子沿着身体的对角线直线移动1/4长度后，投影到底面上。 因此，x的高度为3/4y的高度为1/4z的高度为3/4，9，6.(a )计算砷化镓的密度(砷化镓的晶格常数为5.65，砷和镓的原子量分别为69.72和74.92摩尔)。 砷化镓是闪锌矿的晶体结构，其中一个池有As原子和4个Ga原子，因此，每立方厘米体积的As和Ga原子数为10，密度=每立方厘米的原子数/原子量/阿伏伽德罗常数，为11，(b )砷化镓样品掺杂锡。 如果锡能取代格子中镓的位置，锡是施主还是受主？ 为什么这个半导体是n型还是p型a :因为镓是III族元素，所以最外层有3个电子，锡是IV族元素，最外层有4个电子，所以锡代替镓作为施主供给电子，这时因为电子是多子，所以这个半导体是n型。 求出12，12.300 k时非退化n型半导体传导带中的电子的动能。 解：由于能量dE的范围内的每单位体积的电子数N(E)F(E)dE，传导带中的电子的动能为E-Ec，因此传导带中的每单位体积的电子的动能为：传导带的每单位体积的电子的动能为13，传导带中的电子的平均动能：=3/2kT，14 调查掺杂了1015磷原子/立方厘米的硅样品的真性温度。 解：根据问题的含义，将NV2(2mpkT/h2)3/2代入上式进行简化后，为了超过方程式，可以调查图2.22得到近似解，在本征温度的情况下，将Ni=ND、15、对应点为1.8左右，即T=556K代入上式进行验证，Ni=1.1X1015 16，16 .描绘了在77K、300K和600K的情况下掺杂1016砷原子/立方厘米的硅的简化带图。 显示费米能级，使用真性费米能级作为基准能量。 (1)低温时(77K )低温时，热能不足以电离施主杂质，电子大部分残留在施主能级，因此费米能级接近施主能级，在施主能级之上。 (此时，本征载流子浓度远小于施主浓度)、(17 )、(2)常温情况下(T=300K )、18、(3)高温的情况下(T=600K )从图2.22可知，在ni=3X1015cm-3，施主浓度ef-ei=ktln (n/ni )=0.0518 ln (nd/ni )=0.0518ln3.3=0.06ev，用掺杂了接近19的20.1016cm-3的磷的施主原子，对施主能级ED=0.045eV的n型硅样品，在77K下调查中性施主浓度相对于离子化施主浓度的比例时，费米能级为传导带底部的0.0459eV问题19式：20，第三章载流子传输现象，21，4 .按以下杂质浓度求出硅晶体样品的电子和空穴浓度、迁移率和电阻率： (a)51015硼原子/cm3，(a)300K时，杂质几乎完全电离：注意：对偶数坐标！ 注意：如何查看图表？ NT？ 22、(b)21016硼原子/cm3和1.51016砷原子/cm3和23、(c)51015硼原子/cm3、1017砷原子/cm3和1017镓原子/cm3和24，8 .给出未知掺杂硅晶体的样品，空穴测量为W=0.05cm 提供了A=1.610-3cm2 (参照图3.8 )、I=2.5mA、磁场为30T(1特斯拉(T)=10-4Wb/cm2 )的信息。 如果测定的霍尔电压为10mV，则求出半导体样品的霍尔系数、导体类型、多数载流子浓度、电阻率以及迁移率。 由于霍尔电压为正，因此该样品具有p型半导体(霍尔导电)的多子浓度：霍尔系数：电阻率： (仅设想一种掺杂)，25，9.1个半导体掺杂ND(NDni )杂质，具有电阻R1。 同一半导体后掺杂了未知量的受主NA(NAND )，产生了0.5R1的电阻。 如果Dn/Dp=50，则求出NA，用ND表示。 第一次是n型，第二次是p型，根据问题，根据爱因斯坦的关系和增益，除以n和p，最后从一端掺杂NA=100ND、26、11.1个本征硅晶体样品，设定为ND=Noexp(-ax )。 (在NDni的范围内，求得平衡状态下嵌入电场E(x )的表现法。 (b )计算b)a=1m-1时的E(x )，由于在热平衡时样品内部没有载流子的净流动，因此有基于欧姆定律的微分形式，(a )、27、(b )、注、问题十中的式子：28、14.n型硅晶体样品为21016砷原子/cm3、21015/cm3的本体复合(a )求出小注入时体积少数载流子寿命、扩散长度及表面复合速度。 p和s的值分别为510-15和210-16cm2。 (b )当样品照射光、均匀吸收光而产生1017电子-空穴对/cm2s时，表面的空穴浓度为何，(a )在热平衡时，(nnoni )、由本式(50 )导出，29、(b )在表面，若x=0，则30、16 .一半导体中的总电流不变，电子电子浓度不变，等于1016cm-3。 空穴浓度为： (x0)其中，L=12m。 空穴扩散系数Dp=12cm2/s、电子迁移率n=1000cm2/Vs . 总电流密度J=4.8A/cm2 .计算： (a )空穴扩散电流密度变化为x；(b )电子电流密度变化为x；(c )电场变化为x； 31、解： (a )空穴电流密度：即、(b )总电流密度：电子电流密度：即、(c )扩散电流密度：32、第4章PN结、33、3 .对于理想p-n突变结，NA=1017cm-3、ND=1015cm-3，(a)250、300、350、400 画出Vbi和t的关系。 (b )用带状图审查所求结果。 (发现T=300K的耗尽区域宽度和零偏置时的最大电场。 当、34、温度上升且两侧费米能级接近禁带中央时，Vbi变小，35、6 .线性渐变硅结，其掺杂梯度为1020cm-4。 计算内置电位及4V反偏压的结电容(T=300K )。 认为在p96、36、300K下偏向V=0.8V的p-n硅结，其n-型掺杂浓度为1016cm-3。 计算空间电荷区边缘的少数载流子孔浓度。 分析：应用公式kT取0.0259eV，可减少计算误差，37，15 .理想陡坡p -n硅结，ND=1016cm-3，施加正向电压时，发现了中性n-区单位面积累积的少数载流子. 中性区域的长度为1m，空穴扩散长度为5m。 分析：直接利用P111(Eq.75 )错误！ 此时，由于设计了积分上限为(Xn 1m )、38、39、17.p-n硅突变结二极管，因此其反向耐压为130V，正向偏置电流在Va=0.7V时为2.2mA。 假设p0=10-7秒。 应该调查，截面积，长度，掺杂，40，图4.27，NB，如果设定图3.3，Dp，41，19 .砷化镓n=p=1014(E/4105)6cm-1，e的单位为V/cm，求破坏电压(b)p -n结，则轻掺杂破坏条件：单侧突变结，p116、42、43、22 .室温下，n型GaAs/p-型Al0.3Ga0.7As杂结，Ec=0.21eV。 在热平衡方面，两侧的杂质浓度为51015cm-3，发现其总耗尽层宽度。 (提示： AlxGa1-xAs的禁带宽度为Eg(x)=1.424 1.247xeV，介电常数为12.4-3.12x。 (0NB2)基极区域宽度W3)对于基极区域调制掺杂，(1)提高发射极发射效率，(2)对于基极区域宽度W1，在(14 )式求出极限，使W/Lp为无限，使少子浓度分布以e指数衰减的W/Lp1的情况下，在(14 )式求出极限，使W/Lp为零，使少子浓度分布为线性，53， 25.1si1-xgex/sihbt，其基极区域中x=10% (发射极区域和集电极区域中x=0)，基极区域中的禁带宽度比硅禁带宽度小9.8%。 当基极电流仅来自辐射效率时，如果温度从0上升到100C，谐振电流增益会发生怎样的变化？ 同学们认为t不同，但式(14 )中eg不变。 错了！ 实际上，如果Eg根据温度而不同，则eg也不同，有54，26.alxga1-xas/SiH Bt，将alx ga1- xas的禁带宽度设为x的函数为：1.4241.247xev(x0.45时)、1.90.125x0.143x2ev(0.45x1时) 请把x画成变量。 在绘图时，如果不明确纵轴是对数还是线性坐标，则曲线的流动不同，在55、第6章MOSFET和相关器件、56、VG=0的情况下，绘制p型衬底的n多晶硅栅极MOS二极管的带图。 在图6-8中，统一了p型衬底n多晶硅ms0、在独立金属和独立半导体间夹着氧化物的带图案、热平衡下的费米能级，为了调节功函数差，半导体带向下弯曲，MOS二极管的带图案、栅极上EF和EC平坦，57、3.p型衬底另外，在平带状态下，半导体中的带在恒定栅极电压Vg下保持电平，这是平带条件(flat-bandcondition )，此时费米能级不均匀。 另外，如图6-8所示，可以看出，此时施加恒定的负栅极电压，p型衬底的n多晶硅ms0可以实现平带条件。 58，8 .理想的Si-SiO2MOS的d=10nm，NA=51016cm-3，为了使界面强烈反转，尝试寻找了必要的施加偏压和界面的电场强度。 由于半导体侧电场利用耗尽近似、59、高斯定律、sqcc=-QQ awm=-1.610-19510161.4510-5=-1.1610-7 c/cm 2，因此得到半导体侧电场，将=1.14V、60、10 .氧化层中的氧化层捕获电荷Qot作为较薄的电荷层，将其x=5nm下的面试着计算Qot引起的平带电压的变化。 还有，运用式假设为61、13.VD(VG-vt )，导出式(34 )和式(35 )。 另外，以VD=0展开，取得，将该式代入原来的式：通过与VD有关的函数，以泰勒展开式：VD(VG-VT )取得，试着对练习题16的设备搜索其跨导。 利用直接定义，得到GM=(5/0.25 ) 5003.4510-70.1=3.4510-4 s，63，20.p沟道的n多晶硅-SiO2-SiMOSFET，ND=1017cm-3，Qf/q=51010cm-2，d=10nm，计算其阈值电压此外，关于10、p沟道，其阈值电压为负，vt=VF b-2b-v0=-0.1730.840.48=-1.493 v，如果调查图6.8，则也可以直接计算n型衬底的n多晶硅栅极ms0，对于64、22 .课题20的器件，进行n多晶硅栅极ms0的计算vfb=ms-qf/c0，因为其他条件没有变化，VT变化量是平带电压变化量，即功函数差的变化量，表6.8VfB=ms (p ) -ms (n )=0. 85(-0.15 )=1v，因此，vt=-1.493=-1 24.mosfet的阈值电压VT=0.5V，亚阈值振幅为100mV/decade，VT时漏极电流为0.1A。 VG=0时的子场值漏电流是多少，可以利用子阈值区域的ID特性求解，更好的方法是在子阈值振幅S=100mV/decade子阈值振幅100mV/decade下，栅极电压每减少/增加0.1V 由于栅极电压的变化(0.5-0)/0.1=5，所以对应的ID下降5位，对于ID=0.110-5A、66、31 .练习题29的器件，如果晶片上的dSi厚度的变化量为5nm，则试图计算VT分布的范围。在d小于最大耗尽宽度Wm的情况下，耗尽区域的宽度是硅晶体层的厚度，计算阈值电压的Wm必须置换为dsi :在d大于最大耗尽宽度Wm的情况下，耗尽区域的宽度是Wm :因此VT是dsi的函数，VT不依赖于dsi， 引用30个问题VT值的VT可能的最大分布范围为(0. 1780.0463 )(0. 1780.0463 )，即0.132V0.224V、67、32 .如果在1m的平面上氧化层的厚度为10nm，DRAM电容器的电容值为多少？ 如果用同样的面积，7m深的沟槽和同样的氧化层的厚度，计算其电容值多少？ 沟槽图案，c1=0 a/d=3. 98.8510-14 (10-4 )2/(1010-7 )=3. 4510-15fc2=0 a/d=c 13.98.8510-144 (110-4710-4 )/(1010-7 )=9. 6610-14.4510-15=11