2022年微电子器件物理阶段测试题answer简.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 多练出技巧 巧思出硕果微电子器件物理阶段测试题学号姓名得分1硅 pn 结,分别画出并说明正偏0.5V、反偏 1.5V 时的能带图； 10% 对比平稳态能带图, 得到的正偏和反偏 p 结能带图如下图所示； 图中,扩散区长度未按比例画出；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 多练出技巧 巧思出硕果正偏 pn 结能带图说明 1：在 xp 处,空穴浓度等于 p 区空穴浓度,空穴准费 米能级等于 p 区平稳态费米能级； 在耗尽区, 空穴浓度下降, 但本征费米能级下降,依据载流子浓度

2、运算公式, 可认为空穴浓度的下降是由本征费米能级的下降引起的,而空穴准费米能级在耗尽区近似为常数；电子复合,经过几个扩散长度后,复合殆尽,最终与空穴注入 n 区中性区后, 将与 n 区平稳态费米能级重合；因此空穴准费米能级在 n 区扩散区内逐步上升,并最终与 EFn 合一；同理可说明电子准费米能级的变化趋势；正偏 pn 结能带图说明 2：正偏 pn 结耗尽区电流为常数,而正偏 pn 结耗尽区载流子浓度较高, 而 pn 结电流 J n n n E Fn 及J p p p E Fp,因而耗尽区内载流子准费米能级梯度近似为常数；耗尽区外准费米能级的变化趋势与前述相同；正偏 pn 结能带图说明 3：从

3、xp 开头,空穴准费米能级将随着空穴浓度的降低而逐步抬升,并最终在 n 区扩散区几个扩散长度之后, 非平稳空穴浓度降为零,空穴准费米能级与 n 区费米能级合二为一；而空穴扩散长度比耗尽区宽度长得多,因而可近似认为耗尽区空穴准费米能级为常数；同理,从 xn 开头向左,电子准费米能级将随着电子浓度的降低而逐步降低,并最终在 p 区扩散区几个扩散长度之后, 非平稳电子浓度降为零, 电子准费米能级与 p 区费米能级合二为一； 而电子扩散长度比耗尽区宽度长得多,因而可近似认为耗尽区电子准费米能级为常数；反偏 pn 结能带图可作类似的三种说明；2简述 pn 结耗尽层电容和扩散电容的概念；怎样运算这两种电容

4、？10% pn 结耗尽层电容： pn 结耗尽层厚度随外加电压的变化而变化,从而耗尽层电荷总量也随外加电压的变化而变化,这种效应类似于电容器的充放电；这就是耗尽层电容； 耗尽层两边的中性区类似于平板电容器的两个极板,耗尽层是极板之间的介质, 因此,耗尽层电容可用平板电容器公式来运算,单位面积电容等于耗尽层介电常数除以耗尽层厚度,即 C j 0,其中,、0 分别半导体的相对W介电常数和真空介电常数,W 为耗尽层厚度；pn 结扩散电容： 耗尽层外非平稳载流子扩散区内积存的非平稳电荷的总量,随着外加电压的增减而增减, 这种电容效应就是扩散电容； 以单边突变 p+n 结为例,n 区非平稳空穴扩散区内积存

5、的非平稳空穴电荷的总量为 J , 为非平稳空穴寿命；扩散电容为 C d dQ D d J qJ；dV dV kT3分别运算室温锗 pn 结和硅 pn 结的接触电势差, pn 结两边的杂质浓度ND=5 10 17 cm 3,NA=5 10 16 cm 3；10 3 13 3 n i Si 1.5 10 cm , n i Ge 2.5 10 cm； 10% 硅 pn 结：名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - V bikTlnN NA0.0259 ln多练出技巧巧思出硕果17 5 1016 5 10q2 n i10 1.5 1

6、0 20.0259 ln2513 ln10 2.250.837 V锗 pn 结：名师归纳总结 V bikTlnN N DA0.0259 ln5 10 175 10 16第 3 页,共 6 页q2 n i13 2.5 10 20.0259 ln257 ln10 6.250.453 V4硅 pn 结 NA=10 18 cm3,ND=10 16 cm3,运算正偏 0.52V 下耗尽区边界处的少数载流子浓度,并画出耗尽区外侧载流子浓度分布示意图；20% np02 n i20 2.25 102 2.25 10 cm3p p018 10p n02 n i20 2.25 104 2.25 10 cm3n n

7、016 10p x np n0expqV2.25 104exp0.52 0.026kT4 2.25 1020 e4 2.25 108 4.85 1013 31.09 10 cm npxpnp0exp qVkT2 2.25 10exp0.52 0.0262 2.25 1020 e2 2.25 108 4.85 1011 31.09 10 cm - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 多练出技巧 巧思出硕果5室温硅 pn 结 NA=10 18 cm 3,ND=10 16 cm 3,n=p=0.1 s,Dn=25 cm 2/s, Dp=13 cm 2/s,运算:

8、1 pn 结的反向饱和电流密度； 2 2V 反偏电压下的反向产生电流密度；20% 接触电势差V bikTlnN NA0.0259ln10181016q2 n i10 1.5 10 20.0259ln 2.25ln10140.814 V 0.817耗尽区宽度W 2 20V bi|V|1/221/2qN2 11.78.8510140.8141.6 101910160.6035104 cm电子和空穴扩散长度L nDnn10772515.8 104 cmLpDpp101311.4104 cmpn 结反向饱和电流密度名师归纳总结 JsqD np0qD p n0qD p n04第 4 页,共 6 页L n

9、LpLp1.6 10194 13 2.25 1011.4 1044.105 10112 A/cm 2 V反偏下的产生电流JgenqnW21.6 101910 1.5 100.6035 102 1077.24 1072 A/cm - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 6突变 pn 结杂质浓度分别为多练出技巧巧思出硕果E 为常数,依据电场NA,ND,假定临界击穿电场分布曲线推导击穿电压表达式；20% 依据突变 pn 结电场分布曲线,如下图如图,设 pn 结外加反向电压为 V,就1V V bi E W 12当 E 0 等于临界击穿电场 E C 时 外加电压为击穿

10、电压 , 即1V B V bi E W 22将耗尽区宽度公式代入 , 即V B V bi 1 E C 2 0 V B V bi 32 qN其中名师归纳总结 NN NAA第 5 页,共 6 页NDN3 式两边平方 且通常有V BV bi,得到V B102 E C2qN710%参考下图,用电荷掌握法推导pn 结抱负电流 -电压方程；依据连续性方程的解,已知 p 区和 n 区的非平稳载流子分布为n 区 以x n为坐标原点 向右为 的正方向p x p n0qV expkT 1 expxLpp 区 以-xp为坐标原点 向左为 的正方向n x np0expqV1 expxkTL n- - - - - -

11、-精选学习资料 - - - - - - - - - 多练出技巧 巧思出硕果对于 n 区,以 xn 为坐标原点,就JpQ p10qp n0expqV1expxdxpkTLppqLpp n0expqV1expx | 0pkTLpqLpp n0expqV1pkT上下同乘以DP,得到JpqD p n0expqV1L pkT同理可推导J nQ n10qn p0expqV1expxdxnnkTL nqLnnp0expqV1expx | 0nk TLnqD np0expqV1L nkTpn 结总电流密度名师归纳总结 JJpJnqD p P n0qD np0expqV1第 6 页,共 6 页LpLnkT- - - - - - -