2022年半导体器件原理简明教程习题答案傅兴华.docx

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1、精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -半导体器件原理简明教程习题答案傅兴华1.1 简述单晶、多晶、非晶体材料结构的基本特点.解 整块固体材料中原子或分子的排列出现严格一样周期性的称为单晶材料;原子或分子的排列只在小范畴出现周期性而在大范畴不具备周期性的是多晶材料;原子或分子没有任何周期性的是非晶体材料.1.6 什么是有效质量, 依据 Ek 平面上的的能带图定性判定硅鍺和砷化镓导带电子的迁移率的相对大小 .E12解 有效质量指的是对加速度的阻力.1km *hk由能带图可知 ,Ge 与 Si 为间接带隙半导体,Si的 Eg 比 Ge的 Rg 大,

2、所以Ge Si .GaAs 为直接带隙半导体, 它的跃迁不与晶格交换能量, 所以相对来说GaAs Ge Si .1.10 假定两种半导体除禁带宽度以外的其他性质相同, 材料 1 的禁带宽度为1.1eV, 材料 2的禁带宽度为3.0eV, 运算两种半导体材料的本征载流子浓度比值, 哪一种半导体材料更适 合制作高温环境下工作的器件.解 本征载流子浓度: n4.821015 mdnmdp exp Eg 2im0kT两种半导体除禁带以外的其他性质相同可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_n1expn2exp1 .1k T3.0k Texp1.9kT1.90kTn1n2在高温环境下n2 更合适

3、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1.11 在 300K下硅中电子浓度n02103 cm3 ,运算硅中空穴浓度p0 ,画出半导体能带图,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_判定该半导体是n 型仍是 p 型半导体 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_n2n0 p0i解2pni1.50n021010 21031.1251017 cm 3p0n0是 p 型半导体可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1.16 硅中受主杂质浓度为1017 cm3 ,运算在 300K 下的载流子浓度n0 和p0 ,运算费米能

4、级相可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2对于本征费米能级的位置,画出能带图 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解p0N1017 cm 3n0 p0niT=300K ni1.51010 cm 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_A2nni02.25103 cm 3p0n0该半导体是p 型半导体可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_p0EEKTlnp0 0.0259ln1017可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_iFPni1.51010可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学

5、习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页,共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1.27 砷化镓中施主杂质浓度为1016 cm3,分别运算T=300K 、400K 的电阻率和电导率.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_T300 Kni2106 cm 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解nN1016 cm 3T400

6、 Kn2n pnpni可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_0Diooi0in0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_电导率qn0nqp0p ,电阻率1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1.40 半导体中载流子浓度n1014 cm3 ,本征载流子浓度n1010 cm 3 ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_0非平稳空穴浓度p1013 cm3,非平稳空穴的寿命n0106 s ,运算电子 -空穴的复合率,计可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_算载流子的费米能级和准费米能级.解 由于是 n 型

7、半导体1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_n0C p NtRCo N tpp1019 cm n0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_EFnEikT ln n0p E niE FpkT ln pop ni可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_i2.2 有两个 pn 结,其中一个结的杂质浓度N D51015 cm3 , N51017 cm3,另一个结的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_杂质浓度N D51017 cm3 , N51019 cm3 , 在室温

8、全电离近似下分别求它们的接触电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_A势差 ,并说明为什么杂质浓度不同接触电势差的大小也不同.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解 接触电势差VDkT ln N A N D qni可知 VD 与N A 和N D 有关 ,所以杂质浓度不同接触电势可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2差也不同 .2.5 硅 pn 结 N D51016 cmA3, N1017 cm3 ,分别画出正偏0.5V 、反偏 1V 时的能带图 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解T300Kni1

9、.51010 cm 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_VkTlnN A N D 1.3810 23300 ln 5101610 6101710 6= 8.0210 2V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_D2qni1.610 191.51010 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_q VDV 0.3710 19可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_正偏 : qV0.810 19可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_q VDVR 1.72810 19可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_反偏 :q VR1.610 19可编辑

10、资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2.12 硅 pn 结的杂质浓度分别为N D31017 cm3 , N11015 cm3 ,n 区和 p 区的宽度大可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_AA学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页,共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_于少数载流子扩散长度,np1s,结面积=1600m2,取可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资

11、料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_pnD25cm2 / s, D13cm2/ s ,运算可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1 在 T=300K 下,正向电流等于1mA 时的外加电压.2 要使电流从1mA 增大到 3mA, 外加电压应增大多少.3 维护 1的电压不变 ,当温度T 由 300K 上升到 400K 时,电流上升到多少.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解 1 T300 Kni1.561010 cm 32JI dd52A可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_np1s10sAs1600m1.610cms可编辑资料 - - - 欢迎下

12、载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_JdJ0exp qV J kTqD p p n0L pqD nn p 0L pLnD ppLnD n n可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_0VkT qln JdJ 0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(2) VkT ln q3 J dJ0kT ln Jd qJ0kT ln 3 q可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(3) T400Kn1013 cm

13、3. .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_i2.14 依据抱负的pn 结电流电压方程,运算反向电流等于反向饱和电流的70%时的反偏电压值.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_J dJo解expqV kT1, J dJ0.7可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_o2.22 硅 pn 结的杂质浓度,运算 pn 结的反向击穿电压,假如要使其反向电压提高到300V,n 侧的电阻率应为多少.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3解 1 反向击穿电压VB133N610D 460V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载

14、精品_精品资料_2VB61013 N4300V ,N D2105223 cm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_D11由得nqnn1350cm2 /D s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2.24 硅突变pn 结 N A51018 cm3 , N1.51016 cm3 ,设 pn 结击穿时的最大电场为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Ec5105V/ cm ,运算 pn 结的击穿电压.可编辑资料 - - - 欢迎

15、下载精品_精品资料_解 突变结反向击穿电压VB1r02E0 , NN A N D可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2qNN AND可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页,共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2.25 在杂质浓度N D21015 cm3 的硅衬底上扩散硼形成pn 结 ,硼扩散的便面浓度为可编辑资料 - - -

16、 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_AN1018cm3 ,结深 5m ,求此 pn 结 5V 反向电压下的势垒电容.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解CTAqa21o 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_12VDV 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2.26 已知硅p n 结 n 区电阻率为 1 cm ,求 pn 结的雪崩击穿电压,击穿时的耗尽区宽度和最可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_大电场强度 .（硅

17、 pn 结 Ci8.4510 36 cm1 ,锗 pn 结 C6.2510 34 cm 1 ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_i8E 8qN D 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解11qnnnqnVB61013 N3D4 , NncDCi0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_V1BEcW 2W2VBEc可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3.5 以 npn 硅平面晶体管为例 ,在放大偏压条件下从发射极欧姆接触处进入的电子流 ,在晶体管的发射区、发射结空间电荷区、基区、集电极势垒区和集电区的传输过程中 ,以什么运动形式（扩散或漂移）为主

18、.解 发射区 -扩散发射结空间电荷区-漂移基区 -扩散集电极势垒区-漂移集电区 - 扩散3.6 三个 npn 晶体管的基区杂质浓度和基区宽度如表所示,其余材料参数和结构参数想同, 就以下特性参数判定哪一个晶体管具有最大值并简述理由.1 发射结注入效率.2基区输运系数.3 穿通电压. 4 相同 BC 结反向偏压下的BC 结耗尽层电容. 5共发射极电流增益.器件基区杂质浓度基区宽度A B C可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解 11N B D PEWBN E D NBWE,WBxBABC可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(

19、2) T11 WB 212,WB1nB2WBr0T1TATBTC可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2L NB2 DnBnBr02D nB可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(3) V pt2xBN B N CN B VptAV ptBV ptC可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_20N C可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_CTAq0N D N A1N B 2 CTACTCCTB可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(4) 2VDV NDN AN DN B可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(5)3.9 硅 npn 晶体管

20、的材料参数和结构如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页,共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -发射区基区集电区可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_N E, p,p, W EN B ,n ,n ,WBN C ,p ,p可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_运算晶体管的发射结注入效率,基区输运系数T ,VBE0.5

21、5V,运算复合系数,并由可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_此运算晶体管的共发射极电流放大系数.解T,1NDW2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_BpEB1,TNDW1WB,2D1JqV其中 Jr 0qni W2, J s 0qD B nb 0W可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_EnBEnBnB1r 0J s0expBE B2kT可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3.13 已知npn非匀称基区晶体管的有关参数为xjc5 m, x je3m ,电子扩散系数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精

22、品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_nD8cm2/ s,n1 s , 本征基区方块电阻RsB2500, RsE5,运算其电流放大系数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_、.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解基 区 输 运 系 数T1WB22（ 基 区 宽 度 WBx jcx je, 基 区 少 子 扩 散 长 度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_LnBDn n ） ,发射结注入效率LnB1RsE RsB RsE &RsB 发射区和基区的方块电阻可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品

23、资料_发射结复合系数1共基极直流电流放大系数T=0.9971共发射极直流电流放大系数=352.148913.34 硅晶体管的标称耗散功率为20W,总热阻为5 C / W,满负荷条件下答应的最高环境温可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_度是多少 .（硅T jm200C ,锗Tjm100 C ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解 最大耗散功率PCMTjmTa RTTaT jmRT PCM满负荷条件下有可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_TaTjmRT PCM,其中Tjm200 C, RT5 C / W可编辑资料

24、 - - - 欢迎下载精品_精品资料_B3.39 晶体管穿通后的特性如何变化.某晶体管的基区杂质浓度N1019 cm3,集电区的杂可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 5 页,共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_质浓度 N C51015 cm3,基区的宽度 WB0.3m ,集电区宽度WC10m , 求晶体管的击可编辑资料 - - - 欢迎下载

25、精品_精品资料_穿电压 .解 集电极电流不再受基极电流的掌握,集电极电流的大小只受发射区和集电区体电阻的限制,外电路将显现很大的电流.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_穿通电压V pt2x BN B N CN B ,冶金基区的扩展xWW可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_20N CBCB可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_4.1 简要说明 JFET 的工作原理解 N 沟道和 P 沟道结型场效应管的工作原理完全相同,现以N 沟道结型场效应管为例,分析其工作原理.N 沟道结型场效应管工作时也需要外加偏置电压,即在栅- 源极间加一负电可编辑资料 - - - 欢迎

26、下载精品_精品资料_压 VGS0 ,使栅 - 源极间的p n 结反偏,栅极电流iG0 ,场效应管出现很高的输入电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_阻 高达 108左右 .在漏 - 源极间加一正电压VDS0 ,使 N 沟道中的多数载流子电子可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_在电场作用下由源极向漏极作漂移运动,形成漏极电流iD . i D 的大小主要受栅- 源电压VGS可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_掌握,同时也受漏- 源电压VDS 的影响.因此,争论场效应管的工作原理就是争论栅- 源电压可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_vGS对漏极电流i

27、 D （或沟道电阻）的掌握作用,以及漏- 源电压VDS 对漏极电流iD 的影响.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_4.3n 沟道JFET 有关材料参数和结构是：N1018 cm3 , N1015 cm3 ,沟道宽度是可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_DAZ=0.1mm,沟道长度L20m ,沟道厚度是2a4m ,运算 1 栅 pn 结的接触电势差.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2 夹断电压. 3 冶金沟道电导.4VGS0 和 VDS0 时的沟道电导 考虑空间电荷区使可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_沟道变窄后的电导 .可编辑资料 - -

28、 - 欢迎下载精品_精品资料_解 1VDkTN A N Dln2qni2qNDV p0120a 2 3 G02 qN DZa / L可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_4 如为突变p n 结, W2sn0 VDqN DV 2 np结NA ,pn结N D 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_4.7 绘出 n 型衬底 MOS 二极管的能带图,争论其表面积存、耗尽、弱反型和强反型状态.解 见旁边图；4.12 简述 p 沟道 MOSFET 的工作原理.解 截止： 漏源极间加正电源,栅源极间电压为零.p 基区与 n 漂移区之间形成的

29、pn 结 J1 反可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_偏,漏源极之间无电流流过.导电：在栅源极间加正电压VGS ,栅极是绝缘的,所以不会有栅极电流流过.但栅极的正电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_压会将其下面p 区中的空穴推开, 而将 p 区中的少子 -电子吸引到栅极下面的p 区表面,当 VGS可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 6 页,共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - -

30、- - - -大于 VT （开启电压或阈值电压）时,栅极下p 区表面的电子浓度将超过空穴浓度,使p 型可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_半导体反型成n 型而成为反型层, 该反型层形成n 沟道而使pn 结J1 消逝,漏极和源极导电.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_144.15 已知 n 沟道 MOSFET 的沟道长度L10m ,沟道宽度W400m ,栅氧化层厚度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_tax150nm ,阈值电压 VT3V ,衬底杂质浓度N A91

31、0cm3 ,求栅极电压等于7V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_时 的 漏 源 饱 和 电 流 . 在 此 条 件 下 , VDS等 于 几 伏 时 漏 端 沟 道 开 始 夹 断 ？ 计 算 中 取可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_nax600cm2 /V s .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解 饱和漏源电流I DsatW n Cax2 LVGSV 2 , Cax,ax axr0 , VGS7V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_tTVDSVasVT可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_

32、精品资料_4.16 在 N A1015 cm3 的 p 型硅 衬底上, 氧化层厚度为70nm , S O层等效电荷面密可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_度为 31011cm2i2,运算 MOSFET 的阈值电压.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_VT解 阈值电压kT2 lnqN A niqN A xd maxCax可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_fpkT ln qN A ni,fnkT ln N D ,耗尽区宽度最大值qnixd max40fp qNA可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_单位面积氧化层电容Caxaxt ax0tax可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_4.19 用 W / L8, tax80nm,n600cm2 /V s 的 n 沟道 MOSFET 作为可变电阻,要获可编辑资料 - - - 欢迎下载精