PN结作业201109(修复的)(修复的)课件

1、Exercises for PN Junction(2011.9)1. For a silicon step pn junction, the n side has a net doping of Nd=2 x 1018 cm-3 and the p 15-3side has a net doping of AN=5X 10 cm .(1) Find the junction width W0.(2) Find the widths of the n side of the depletion region and the p side of the depletion region.解：内建

2、电势'VDkl(3) What is the built-in voltage?CZXlOXSKlO cc.CZ,=0.02591n=0.8139V2耗尽层宽度将V 和其他数据代入 bisxio15*2xio:eSxlOxZxlO18%-% ZJ 2/U_'885a10-UX0 8B9% nJ = irnF5=4.5958，（k 一 1二X .：&一.： 1cm n N -N.02 dXW°-X 产 5843X1。、2.对GaAs材料突变 解法同1PN结，完成第1题给出的计算要求。Win明、=1.2816V;£n=6.1023"i 二】v

3、NX =3n N +N1 dW-3 cmX=WrXn = 6.0871X10-5cm3. (1)如果PN结的N区长度远大于Lp,但P区长度为一定值Wp,而且P区引出端处少数载流子电子的边界浓度一直保持为 0,请采用理想模型推导该 PN结电流-电压关 系式的表达形式。(提示：在N区和P区求解时分别采用不同的坐标系，可以简化求解过程中的数学表 达式。例如，计算Ip(Xn)时，可以将xn位置作为坐标原点； 采用双曲函数表示最终解)解:P区:书-.1;作为起糠边界条件一输运方程一 一一2 G其通解：二 二二 A二 1二代入边界条件：二【小w又2sinh()=包甲 ki对N区:边界条件pJo)=Pn 叩

4、倍) np(x->®) = pn0输运方程M/ 6Pn - A2 弓SpB = pn - Pn0 = 8" 卬 - D 叫代入边界条件:C=0, D=l%e、P 二 1r /eV；、di |际=p110kxp q-lEJ= I=静丽管)-小静触悟)-山汕为(2)若P区长度远小于Ln,该PN结电流一电压关系式的表达形式将简化为什么形式？解:此Ln sinh偿卜(3)推导上述(2)的结果，理想PN结总电流中势垒区两个边界处少子电流分量In和Ip之比的表达式。 如果希望提高比值In/Ip,应该如何调整P区长度Wp、掺杂浓度Na和Nd的大小?减小Wp和Na, Nb增大4. A

5、 step pn junction diode is made in silicon with the n side having d=1017 cm-3 and the p side having Na=1017 cm-3. It is known that, for the minority carrier,622.品之如=0=6父10 s , Dn=20cm/s, Dp=11cm/s. Please estimate the ratio of thegeneration current to the diffusion current under the reverse bias of

6、-4.17V关键字：公式解：.二卫 I Tl 'Jl=0.0259ln (1)=0.8139Vb 1 e2fisio1 呼产生电流密度I . - - 1 4 U - n:扩散电流密度：卜雄即归F其中卜老+等I,4=而,钎酝代入数据，得 =-1.1447 I,之tnrRatio=- =6.276 |二 Id5. 已知描述二极管直流特性的三个电流参数是IS=10T4A、Isr= 10T1A、Ikf=0.1A (请采用半对数坐标纸，绘制正偏情况下理想模型电流、势垒区复合电流和特大注入电流 这三种电流表达式的IV曲线，并在此基础上绘制实际二极管正向电流随电压的变化 曲线。id=u®p

7、(S)-ii大注入电流IS(VKF , IKF)膝点电流6. A one-sided step np junction (单边突变结)diode with Na=1017 cm-3 has a junction area26of 100 pm. It is known that, Vbi=0.98V, for the minority carrier, %=3父10 s, 2Dn=20cm /s(1) Please compare the junction capacitance and the diffusion capacitance under reverse bias Va=-5V .

8、(2) Compare the junction capacitance and the diffusion capacitance under forward bias Va=0.75V .重点考察：势垒电容 扩散电容公式解:CMfcgJ16X1D-15X117X885>1O-：S1O=3.7219由于是单边突变结 Ng»'小所以电流主要由电子部分构成，即e t扩散电容Cd=()( J.)将以上表达式代入Cd表达式中，并代入数据得Cd=-0.53835 11厂F2、解：2说=1.8978)(10-叫Cd=2.02835 L 一 f7.已知300K时PN结的Is=101

9、4A,正向直流偏置为 V0= 0.5V(1)计算小信号电导g(2)若在直流偏置的基础上，电压增量为 V = 1mV、5 mV、26 mV,请分别采用下面 两种方法，计算电流的变化量，并根据计算结果说明 小信号”的条件。方法一：采用小信号电导公式 AIMgAV方法二：直接采用计算电流增量的表达式： I =ISexpe(V0+zV)/(kT) ISexpe(V0)/(kT)Sd严闿T)=1旷"呼虑)T)d2l"10金一工=9.349 l.|i S方法一：zV = 1mV: AI = gA V=9.349X IO_5 X 1 X 10-3=9.349X lO-8 V = 5mV:

10、 AI = gAV=9.349x 10"5X 5 X 10一3=4.675乂 lfl-7A V = 26mV: AI=gAV=9.349X IO'5 X 26 X 103=2.43O7X 10%方法二： 1=1 sexpe(Vb+ V)/(kT) I sexpe(Vb)/(kT) V = 1mV: AI=9.5318X 10-8A V = 5mV: AI=5.1562X 107A V = 26mV: AI=4.186X 10-6A从计算结果得知，小信号条件为 八We/kT8.已知如右图所示的脉冲信号 Vpn通过电阻R加在PN结两端，请绘制PN结上的电压以及流过PN结的电流随时间变化的曲线示意图（假设脉宽远大于开关时间）V kT Jpn(0,t),Vj (t)Inq < Pn0 )pn随时间的分布pn(0,t)> pn0,(0至ts内)，节电压保持在kT/q的量级，在此时间间隔内，反向电流近似恒定，ts时刻后，空穴浓度开始减小到平衡态以下，节电压开始趋近于Vr。9. 下表列出了二极管的主要模型参数。请完成“含义” 一栏以及“默认值” 一栏空缺