《半导体器件习题》PPT课件.ppt

半导体器件习题半导体器件习题PN结和三极管结和三极管田野田野3月月14日作业日作业l1、讨论影响共射极电流增益的因素；l2、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、讨论影响共射极电流增益的因素l l出现在P278表l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、讨论影响共射极电流增益的因素l l lxBE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、讨论影响共射极电流增益的因素l爱因斯坦关系：l lP127表l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、讨论影响共射极电流增益的因素l l 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P1232、比较多晶硅发射极晶体管与扩散晶体管、比较多晶硅发射极晶体管与扩散晶体管 的优越性的优越性l集成电路原理与设计P66l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、比较多晶硅发射极晶体管与扩散晶体管 的优越性的优越性l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、比较多晶硅发射极晶体管与扩散晶体管 的优越性的优越性l其他优点：l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l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第十章作业l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）。第十章作业第十章作业l（a）一个双极晶体管工作于正向有源区，基极电流iBA，集电极电流iCA。计算，和iE。对于iB=50A，iC，重复（a）。10.5第十章作业第十章作业l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m。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。复习复习-PN结结lPN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l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。复习复习-PN结结l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。l势垒高度复习复习-PN结结lPN结总电流（肖克莱方程）l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）串联电阻效应复习复习-PN结结复习复习-PN结结复习复习-PN结结复习复习-PN结结复习复习-PN结结复习复习-PN结结复习复习-PN结结复习复习-PN结结第十章作业第十章作业l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m。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。10.810.810.810.810.810.8复习复习-肖克莱方程肖克莱方程复习复习-肖克莱方程肖克莱方程第十章作业第十章作业l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1.2 m。DB=10cm2/s，B0=510-7s。假设基区中的少子空穴按线性分布。VEB。（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。10.3410.34(8.110)(P214例例8.7)10.3410.3410.3410.3410.34l1.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，ml(1)计算x=WB/2处，由于载流子浓度梯度产生的电场强度。l(2)计算这种结构的基区Gummel数。l2.下图给出基极某偏置条件下Si-npn晶体管基区电子密度分布图l(1)计算在时，基区电子密度梯度dnB/dx;l(2)计算集电极电流IC;l(3)在发射区靠近发射结处，空穴电流密度为10-4A/cm2，计算值。0XB=1 mnB(x)nB(0)NB=1017/cm3AE=10-4cm2DnB=18cm2/s