《半导体器件》习题及参考答案

第二章1硅磷氮扩散结是磷型侧的线性渐变结，a=1019cm-4，氮型侧均匀掺杂，杂质浓度为31014 cm-3，在零偏压下，磷型侧的耗尽层宽度为0.8m，计算了零偏压下的总耗尽层宽度、内建电势和最大电场强度。解决方案：Xn=1.07 m，x=0时为e连续性x=xxp=1.87m米减号表示方向是指向p型边的n型边。2理想的p-n结，nd=1018 cm-3，na=1016 cm-3， p= n=10-6 s，器件面积为1.210-5 cm-2，计算300K时饱和电流的理论值和0.7V时的正向和反向电流。溶液：dp=9cm2/s，dn=6cm2/s,IS=A*JS=1.0*10-16A。在+0.7V时，I=49.3a，在- 0.7V时，输入=1.0 * 10-16A3对于理想的硅p -n突变结，Nd=1016 cm-3，存储在N型中性区的少数载流子的总数是在1V正向偏压下计算的。假设N型中性区的长度为1m，空穴扩散长度为5 m解决方案：p n，正向注射：获得：4硅p -n单侧突变结，nd=1015 cm-3，计算击穿时的耗尽层宽度，如果n区减小到5m，计算此时的击穿电压。解决方案：当氮面积减少到5米时，第三章1 p-n-p晶体管在发射极区、基极区和集电极区分别具有51018、1016和1015 cm-3的杂质浓度，基极区宽度WB为1.0m，器件横截面积为3mm2。当发射极-基极结上的正向偏置电压为0.5V，集电极-基极结上的反向偏置电压为5V时，则计算(a)中性基极宽度，(b)发射极-基极结的少数载流子浓度，以及(c)基极区中的少数载流子电荷。解决方案：(a)在热平衡状态下，内建电势电子束结，VBI=0.857v；CB结，VBI=0.636v；W=WB-xneb-xncb=0.522m(b)(c)2.当基区杂质浓度为时，导出了基区内的内建电场公式和基区内少数载流子浓度分布表达式。解决方案：可以考虑NPN晶体管。由于基区中杂质的浓度梯度，基区中多数载流子(空穴)的浓度梯度也存在。它使孔产生扩散运动。这种运动的产生破坏了基地区域的电中性。为了保持电中性，在基极区中产生电场以防止基极区中空穴的扩散运动。电场的大小正好使得电场产生的空穴漂移流抵消杂质浓度梯度引起的扩散流。这个电场在缓慢变化的基极区域被称为内建电场。考虑到基区自建电场对电流的贡献，热平衡时净空穴电流为零。也就是说，由此，B被发现是当处于平衡时，基极区中的空穴浓度PB0等于基极区中的杂质浓度NB，因此上述公式被写成，替代是考虑到电子电流密度，如果B(x)代入上述公式，就可以得到如果我们忽略基区中空穴的复合，即JnB是常数，我们可以用公式的两端乘以NB(x)，然后从x到WB积分，得到大致认为，在x=WB，nB=0时，存在获得积分如果忽略发射极结势垒区中发射极电子电流的复合，则在上述公式中使用JnE代替JnB3硅氮磷氮晶体管的发射极区和集电极区两侧的掺杂是突变的。发射极区、基极区和集电极区的杂质浓度分别为1019、31016和51015 cm-3。(a)找到集电极区-基极区电压的上限，在该上限下发射极结偏置电压不再能控制集电极电流，并将基极区宽度设置为0.5 m。(b)如果截止频率主要受少数载流子通过基极区的渡越时间限制，则计算零偏置下共基极和共发射极的电流截止频率(晶体管的发射效率为0.999，基极区转移因子为0.99)。解决方案：(a)在热平衡下，当时通过，可以得到：(b)然而，fT主要受到限制。，4基极宽度为0.5m、扩散系数为10cm2/s、基极区中的少数载流子寿命为10-7s、偏置5.理想的PNP晶体管在发射极区的杂质浓度为1019厘米-3，在基极区为1017厘米-3，在集电极区为51015厘米-3，少数载流子寿命分别为10-8厘米-3、10-7厘米-3和10-6厘米-3。假设器件的有效横截面积为0.05mm2，发射极结上的正向偏置电压为0.6V，则要求晶体管的共基极电流增益。该晶体管的其它参数为：DE=1cm2/s，Dp=10cm2/s，DC=2cm2/s，w=0.5 m解决方案：6.为了设计截止频率为5千兆赫的双极硅晶体管，中性基区的宽度是多少？假设Dp为10cm2/s，发射极和集电极延迟可以忽略。解决方案：PNP管，fT忽略总和，主要是有限的。=3.2*10-11s那么：=2.53 * 10-5厘米=0.253微米第四章1.计算势垒高度为0.8V的金硅肖特基二极管的空穴电流与电子电流之比硅为n型，电阻率为1cm，寿命 p=100 s， p=400cm2/(vs)。解决方案：电阻率为1cm，nd=4.51015 cm-3可通过检查电阻率与n-si浓度的关系图得到。，空穴电流密度=2.4110-12a/cm2，电子电流密度=4.2910-7a/cm2，其中a *=110a/k2cm2。2.欧姆接触具有10-5cm2的面积和10-6cm2的比接触电阻。欧姆接触形成在N型硅上。如果nd=51019 cm-3，bn=0.8v，电子有效质量为0.26m0，则计算1A正向电流通过欧姆接触时的压降。解决方案：比接触电阻为10-6cm2，nd=51019 cm-3，高掺杂，隧道电流起主导作用。其中k是常数。由此，计算出V=3.53毫伏。因此，在流经1A的大电流下，欧姆接触结上的电压降仅为3.53毫伏。3.当T=300K时，考虑以金为触点的N沟道GaAs场效应晶体管。假设势垒高度为0.89伏，N沟道浓度为21015厘米-3，沟道厚度为0.6微米，计算了夹断电压和内建电势。(GaAs介电常数为12.4)解决方案：夹断电压为：=0.525伏GaAs材料的导带有效态密度为4.71017厘米-3。因此，内在潜力是：因此，也可以获得阈值电压：因此，它得到了增强。第五章1.对于N沟道和P沟道两种类型的N-多晶硅-二氧化硅-硅场效应晶体管，已知衬底掺杂浓度为1017cm-3，其 Ms分别为-0.98eV和-0.18 eV，QF/Q=51010 cm-2，D=10 nm。尝试分别计算上述两种类型的金属氧化物半导体器件的阈值电压。解决方案：硅=11.8，二氧化硅=3.9N沟道场效应晶体管的阈值电压为其中=0.41 v=3.453*10-7F/cm2=-1.65*10-7C/cm2qox=Qf=510101.610-19=810-9C/cm2代入上述公式：=0.29 v由于VT0是一个N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，器件得到了增强。同样，pMOSFET的阈值电压为其中=-0.41v=3.453*10-7F/cm2=1.65*10-7C/cm2qox=Qf=510101.610-19=810-9C/cm2代入上述公式：=-0.54 v因为VTp0是一个P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，器件得到了增强。2.一个N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，Z=300