半导体器件原理简明教程习题答案傅兴华

1、精选文库半导体器件原理简单教学课题的答案傅兴华1.1简要叙述单晶、多晶、非晶材料结构的基本特征分解固体材料中的原子和分子的排列显示出严格一致的周期性的单晶材料原子和分子的排列在狭小的范围内呈现周期性，在宽广的范围内没有周期性的是多晶材料原子和分子没有周期性是非晶质材料1.6有效质量是指，根据E(k )平面上的带图的定性，判断硅锗和砷化镓传导带电子的迁移率的相对大小解有效质量是对加速度的阻力由带图可知，Ge和Si是间接带隙半导体，Si的Eg比Ge的Rg大，因此GaAs是直接带隙半导体，其迁移与晶格交换能量，因此相对地假设1.10两半导体的禁带宽度以外的性质相同，材料1的禁带宽度为1.1eV，材料

2、2的禁带宽度为3.0eV，计算两半导体材料的本征载流子浓度比，则哪个半导体材料适合制作在高温环境下工作的器件？解本征载流子浓度：两种半导体除了禁带以外的性质相同0更适合在高温环境下以300K计算1.11硅中电子浓度，计算硅中的空穴浓度，描绘半导体带图，判断该半导体是n型还是p型.解是p型半导体对于1.16硅中受主杂质浓度，计算300K下的载流子浓度和，计算费米能级相对于本征费米能级的位置，描绘带曲线图.解T=300K该半导体是p型半导体关于1.27砷化镓中的施主杂质浓度，分别计算T=300K、400K的电阻率和电导率。解电导率、电阻率1.40半导体中载流子浓度、本征载流子浓度计算非平衡空穴浓度

3、、非平衡空穴的寿命、电子-空穴的复合率，计算载流子的费米能级和准费米能级因为解是n型半导体。2.2有两个pn结，一个结的杂质浓度、另一个结的杂质浓度，在室温全电离下分别求出接触电位差，解释为什么杂质浓度不同，接触电位差的大小也不同。可知解接触电位差与有关，所以杂质浓度不同，接触电位差也不同.2.5硅pn结分别描绘正偏压0.5V、反偏压1V的带图.解=加：反偏振：设n区和p区的宽度分别大于少数载流子扩散长度，结面积=1600，分别计算2.12硅pn结的杂质浓度(T=300K，正向电流为1mA时的施加电压(2)要使电流从1mA增大到3mA，施加电压需要增大多少？(3)在维持(1)的电压的情况下，温

4、度t从300K上升到400K时，电流上升了多少？解(1)(2)(3) .是.根据2.14理想的pn结电流电压方程式，计算反向电流等于反向饱和电流的70%时的反向偏置电压值。解为了计算2.22硅pn结的杂质浓度，计算pn结的逆耐压，使其逆电压上升到300V，n侧的电阻率应该是多少？解(1)逆耐压(2)2.24硅突变pn结以pn结破坏时的最大电场为基准，计算pn结的破坏电压解突变结的逆击穿电压在2.25杂质浓度的硅基板上使硼扩散形成pn结，硼扩散的便面浓度是在接合深度，求出该pn结5V的反电压下的阻挡电容解已知2.26硅结n区域的电阻率是求出pn结的雪崩击穿电压、屈服时的耗尽区域宽度和最大电场强度

5、.解以3.5npn硅平面晶体管为例，放大偏压条件下从发射极欧姆接触进入的电子流在晶体管的发射极区、发射极结空间电荷区、基极区、集电极势垒区和集电极区的传输过程中以什么样的运动形式(扩散或漂移)为主脱发射极区域-扩散发射极结空间电荷区域-漂移基极区域-扩散集电极势垒区域-漂移集电极区域-扩散3.6如表中所示，三个npn晶体管的基极区域杂质浓度和基极区域宽度，使其馀材料参数和结构参数相同，对下一个特性参数判断哪个晶体管具有最大值，并简要地说明理由。(1)发射接合注入效率。 (2)基极区域运输系数。 (3)直通电压。 (4)相同BC结反向偏置下的BC结耗尽层电容。 (5)发射极电流增益。电子设备基极

6、区域杂质浓度基极区域的宽度甲组联赛乙级联赛c.c解(1)(2)(3)(4)(5)3.9硅npn晶体管的材料参数和结构如下发射区域基极区域集电区域计算晶体管的发射极结注入效率、基极区域输送系数，计算复合系数，计算晶体管的发射极电流放大系数。解已知用于3.13npn非均匀基极晶体管的参数用电子扩散系数、本征基极块电阻来计算其电流放大系数基极区域的输送系数(基极区域宽度、基极区域的少子扩散长度)、发射极结注入效率(发射极区域和基极区域的阻挡电阻)辐射接合复合系数公共基极直流电流放大系数=0.9971发射器间直流电流放大系数=352.14893.34硅晶体管的标称耗散功率为20W，总热电阻在全负载条件

7、下可接受的最高环境温度是多少(硅、锗)解最大耗散功率为全负载条件的双曲正切值3.39晶体管导通后的特性有什么变化？ 求出某晶体管基极区域的杂质浓度、集电极区域的杂质浓度、基极区域的宽度、集电极区域的宽度、晶体管的破坏电压.解集电极电流不再受基极电流控制，集电极电流的大小受发射极区和集电极区的体电阻限制，在外部电路中出现大的电流。贯通电压、冶金基底区域的扩大4.1简要说明jfet的工作原理n通道和p通道结型场效应晶体管的工作原理完全相同，目前以n通道结型场效应晶体管为例，对其工作原理进行了分析。 在n沟道结型场效应晶体管工作时也需要施加偏置电压，即，在栅极-源极间施加负电压，使栅极-源极间的结反

8、向偏置，栅极电流、场效应晶体管显示高输入电阻(达到108左右)。 在漏极-源极之间施加正电压()，通过电场使n沟道中的多数载流子电子从源极漂移运动到漏极，形成漏极电流。 的大小主要由栅极-源极电压控制，也受漏极-源极电压的影响。 因此，研究场效应晶体管的工作原理是研究栅极-源极间电压vGS对漏极电流(或沟道电阻)的控制作用和漏极-源极间电压对漏极电流的影响。关于4.3 n沟道JFET的材料参数和结构：沟道宽度Z=0.1mm，沟道长度、沟道厚度为： (1)计算栅极接合的接触电位差(2)夹断电压(3)冶金沟道电导(4)和时的沟道电导(空间解(1)(2)(3)(4)如果是突变的结描绘4.7型衬底MO

9、S二极管的能带图，研究其表面积蓄、耗尽化、弱反型和强反型的状态。看旁边的图！4.12沟道MOSFET的工作原理简要叙述。解除关闭：在漏极和源极之间加电源，使栅极和源极之间电压为零。 在p基极区域和n漂移区域之间形成的pn结被反向偏置，漏极和源极之间没有电流流动。导电：栅极-源极之间施加正电压，栅极绝缘，因此不流过栅极电流。 但是，栅极的正电压扩大其下方的p区域的空穴，将p区域的少子电子吸引到栅极下方的p区域的表面，如果比(导通电压或阈值电压)大，则栅极下的p区域的表面的电子浓度超过空穴浓度，p型半导体反转成n型而成为反型层，该反型层成为n知道4.15沟道MOSFET的沟道长度、沟道宽度、栅极氧

10、化层厚度、阈值电压、衬底杂质浓度，求出栅极电压为7V时的漏极饱和电流。 在这个条件下，漏极侧的通道是否与几伏开始夹断相同？ 在计算中取。解饱和漏极电流在4.16的p型硅111基板上，氧化层的厚度为70nm，层等效电荷面密度计算MOSFET的阈值电压。解除阈值电压耗尽区域宽度的最大值每单位面积的氧化层电容将4.19用n沟道MOSFET作为可变电阻，得到的电阻、沟道电子浓度应该是多少？ 多少钱？你有什么要求？解开交叉导游5.2 T=300K，n型硅衬底的杂质浓度，描绘平衡状态的金-硅接触带图，计算肖特基势垒高度、半导体侧的接触电位差、空间电荷区域厚度w。解(1)(2)(3)分别描绘了5.4钛Ti、

11、n型硅和p型硅理想接触的能带图。 如果是整流接触，则设置硅基板，分别计算肖特基势垒的高度、半导体侧的接触电位差。解5.10 T=300K，n型硅衬底杂质浓度计算了金属铝-硅肖特基接触平衡状态的反电流、正偏压为5V时的电流。 在计算中取理查森常数。解分别描绘5.13gaalas-gsas半导体Pn结和Np结的平衡带图。看旁边的图！假定6.3GaAs导带电子分布在导带底部03/2 kT范围内，价带空穴分布在价带上03/2 kT范围内，计算光子发射的波长范围和带宽。解6.6 T=300K，考虑一个硅pn结光电二极管，施加反向偏置电压6V，稳态光发生率，pn结参数如下的双曲馀弦值。 计算其光电流密度，

12、比较空间电荷区和扩散区对光电流密度的影响。解稳态光电流密度利用6.8带隙工程，能得到镓-铝-砷()和镓-砷-磷()的最大放射光波长值是多少？解计算6.9镓-铝-砷()和镓-砷-磷()在x=0.3时放射的光的波长。解同6.8，x=0.3！(1)带：由原子轨道构成的分子轨道的数量非常多，形成的分子轨道的能级可以看作是准连续的，即形成带。 (2)半导体带的特点：带隙，电绝缘小，传导带空，价格带满。 (3)本征半导体：纯粹的无缺陷半导体。 (4)本征空穴：由于纯硅在3价铟和铝原子周围有3价电子，因此与等价硅原子的共价键将减少1个电子，形成空穴。 (5)本征电子：向纯硅中导入v族元素，取代晶格中硅原子的位置。 (6)同型pn结：由相反导电型的同一种半导体单晶材料构成的pn结。 (7)异种pn结：由两种不同的半导体单晶材料构成。 (8)LED的发光原理：两端施加正向电压，半导体中的自由电子和空穴再结合，释放过剩的能量引起光子释放的优点：工作寿命长、功耗低、反应时间快、体积小、重量轻、电阻高、容易调整光，改变颜色的控制性大。 (9)pn结I-V特