《半导体物理学》习题库.pdf

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1、半导体物理学习题库 它们之间的异同 7。ICBO、IEBO 和 ICEO 的逆流是如何定义的？写出 ic eo 和 icbo 的关系并讨论。8。如何定义反向击穿电压 bucbo、buceo、buebo？写下布奇奥和布奇博之间的关系，并进行讨论。9.高频时晶体管电流放大系数降低的原因是什么？10。描述晶体管的主要频率参数是什么？它们各自的含义是什么？11.影响特征频率的因素有哪些？如何描述频率 ft？12。绘制晶体管共基极高频等效电路图和共发射极高频等效电路图13.大电流下晶体管 0 和傅立叶变换减小的主要原因是什么？14。简述了大注入效应、基极扩展效应和发射极电流边缘效应的机理 15。晶体管最

2、大耗散功率是多少？这与什么因素有关？如何降低晶体管热阻？16。画出晶体管的开关波形，表示延迟时间 d、上升时间 tr、存储时间 ts 和下降时间 tf，并解释其物理意义 17。解释晶体管的饱和状态、关断状态、临界饱和和深度饱和的物理意义 18。以 NPN 硅平面为例，当发射极结正向偏置而集电极结反向偏置时，从发射极进入的电子流分别用晶体管的发射极区、发射极结势垒区、基极区、集电极结势垒区和集电极区的传输过程中哪种运动形式(扩散或漂移)占主导地位来解释 6 19。尝试比较 f、f 和 ft 的相对大小 20。画出晶体管饱和状态下的载流子分布，并简要描述过剩储存电荷的消失过程 21。画出普通晶体门

3、的基本结构图，简述其基本工作原理 22.有一种低频低功率合金晶体管，它使用 N 型锗作为衬底，电阻率为 1.5？通过燃烧铟合金制备发射极区和集电极区。两个区域的掺杂浓度约为31018/cm3，ro(Wb=50？m，Lne=5？m)23。一个对称的 P+NP+锗合金管，其底部宽度为 5？基区杂质浓度为 51015cm-3，基区腔寿命为 10？秒(AE=AC=10-3cm2)计算 UEB=0.26 伏和 UCB=-50 伏时的基极电流 IB？得到了上述条件下的 0 和0(r01)。24.已知 0=0.99，BUCBO=150V 伏，Wb=18.7？m，基极区中的电子寿命 b=1us(如果忽略发射极

4、结的空间电荷区复合和基极区表面复合)，找到 0、0、0*和 BUCEO(设置 Dn=35cm2/s)。25。NPN 双扩散外延平面晶体管是已知的，集电极区电阻率 c=1.2cm，集 电 极 区 厚 度Wc=10？m，硼 扩 散 表 面 浓 度NBS=51018cm-3，结深 Xjc=1.4？m 分别计算集电极偏置电压为 25V和 2V 时基极扩展效应的临界电流密度 26。已知的 P+NP 晶体管的发射极区杂质浓度为 51018cm-3，基极区杂质浓度为 21016cm-3，集电极区杂质浓度为 11015cm-3，基极宽度 Wb=1.0？当发射极结上的正向偏置电压为 0.5V，集电极结上的反向偏

5、置电压为 5V 时，计算如下:(1)中性基极区的宽度？(2)发射结少数载流子浓度？27.对于练习 26 中的晶体管，发射极区、基极区和集电极区 7 d 中少数载流子的扩散系数分别为 52cm2/s、40cm2/s 和 115cm2/s，相应的少数载流子寿命分别为 10-8s、10-7s 和 10-6s。计算晶体管的电流分量？28。使用在练习 26 和练习 27 中获得的结果，获得晶体管的端子电流 IE、IC 和 1B 获得了晶体管的发射极效率、基极传输系数、共基极电流增益 和共发射极电流增益，并讨论了如何提高发射极效率和基极传输系数。29.判断以下两个晶体管最大电压的机制是通过:晶体管 1:B

6、uCBO=105V；BUCEO=96VBUEBO=9VBUCES=105V 伏(BUCES 为基极-发射极短路时的集电极-发射极击穿电压)晶体管 2:BUCBO=75 伏；BUCEO=59VBUEBO=6V 30。已知 NPN 晶体管共发射极电流增益低频值 0=100，电流增益|=60，在 20 兆赫兹下测量当工作频率升至 400 兆赫时，下降多少？计算管道的成本？贝塔和？T 31。分别绘制了小注入和大注入下 NPN 晶体管的基区少子分布，并简要描述了两者的区别。32。硅氮磷平面晶体管的外延厚度为 10m，掺杂浓度为 1015 厘米-3。当|UCB|=20V 时，计算了有效基极扩展效应的临界电

7、流密度 33.当晶体管处于饱和状态时，关系式 IE=IC+IB 是真的吗？画出少数载流子的分布和电流传输图，并加以说明。34。对于具有相同几何形状、杂质分布和少数载流子寿命的硅和锗PNP 和 NPN 晶体管，哪个晶体管具有最快的开关速度？为什么？35。硅氮磷平面管的基本杂质是高斯分布。发射极区表面的受主浓度为 1019 cm-3，发射极结构深度为 0.75 m，集电极结深度为 1.5 m，集电极区的杂质浓度为 1015 cm-3。尝试找到最大集电极电流浓度？36。硅晶体管的集电极区的总厚度为 100 微米，面积为 10-4 平方厘米。当集电极电压为 10V，电流为 100 毫安时，结温和外壳温

8、度之间的差值是多少度(忽略其他介质的热阻)？37。硅氮磷晶体管的平均基极杂质浓度为 51017cm-3，基极宽度为2，发射极带宽度为 12 微米，=50。如果基极横向电压降为 kT/q，计算发射极最大电流密度 38。练习 37 中的晶体管？t 为 800 兆赫，工作频率为 500 兆赫。如果通过发射极的电流浓度是 3000 安/平方厘米，发射极的有效宽度是多少？第 4 章提问和练习 1。当 UG=0 时，尝试在 p 衬底上绘制二氧化硅栅极金属氧化物半导体的能带图 2.尝试画出理想的 P 型衬底 MOS 二极管的能带图和电荷分布图，对应不同偏置电压下拦截器的积累、耗尽和强反转 3.试画二氧化硅-

9、硅体系的电荷分布图 4 有什么区别。n 沟道和 p 沟道金属氧化物半导体场效应晶体管？总结其基本工作原理 5.用于制造 N 沟道增强型 MOS 管的衬底材料的电阻率和用于制造N沟道耗尽型MOS管的衬底的电阻率中的哪一个应该更高，为什么？6。什么因素影响金属氧化物半导体场效应晶体管的阈值电压？哪个最重要？7。MOS 场效应晶体管的输出特性曲线可以分为哪些区域？每个区域的工作状态如何？8。9 P沟道金属氧化物半导体器件的漏电流表达式由推导N沟道金属氧化物半导体器件漏电流表达式的方法导出。9。为什么金属氧化物半导体场效应晶体管的饱和电流没有完全饱和？10.金属氧化物半导体场效应晶体管跨导的物理意义是

10、什么？11.如何改善金属氧化物半导体场效应晶体管的频率特性？12。哪些因素与金属氧化物半导体场效应晶体管的开关特性有关？如何提高其切换速度？13。短沟道效应对金属氧化物半导体场效应晶体管的特性有什么影响？14。已知p沟道金属氧化物半导体器件的衬底杂质浓度nd为5 1015 cm-3，栅氧化层厚度 tox 为 100 nm，栅电极材料为金属铝，器件的测量值电压 Ug=-2.5V 尝试计算正电荷密度 QOX 在二氧化硅中；如果加上衬底偏置电压 UBS=10V，电压漂移值是多少？当 UBS 分别为0V 和 10V 时，计算最大耗尽层宽度？15。已知n沟道金属氧化物半导体器件的衬底杂质浓度na为5 1

11、015 cm-3，栅极为金属铝，栅极氧化物厚度 tox 为 150 nm，二氧化硅中的正电荷密度 qox 为 1 1022 q/cm2(q 为电子电荷)。试着找出试管的阈值电压。并解释它是耗尽还是增强。16。如果 UT=0V，UGS=4V，IDS=3mA 对于一个金属氧化物半导体场效应晶体管，金属氧化物半导体晶体管在饱和区工作吗？为什么？17。在掺杂浓度为 1015 厘米-3P 的硅衬底上制作了两个 N 沟道金属氧化物半导体晶体管。栅极二氧化硅层的厚度分别为 100 纳米和 200纳米。如果 UGS-UFB=15V，UDS 是多少，漏极电流达到饱和？18。众所周知，n 沟道金属氧化物半导体器件

12、具有以下参数:na=1 1016 cm-3，n=500 cm2/vs，tox=150 nm，l=4 m，沟道宽度 w=100 m，ut=0.5 10 第 1 章，试题和练习|a=5.43，硅在 1991.300k？每个晶胞中包含的原子总数和密度是多少？2。概述了半导体材料的基本特性以及硅和 GaAs 的晶格结构和特性。3.画出绝缘体、半导体和导体的简化能带图，并给出它们的导电特性的定性解释 4。以硅为例，简述了半导体能带的形成过程。5。证明了本征半导体的本征费米能级 Ei 位于禁带中心。6.简要描述迁移率和扩散长度的物理意义 7。室温下有效态密度 Nc=2.81019cm-3，T=0.026e

13、V，禁带宽度Eg=1.12eV。如果忽略禁带宽度随温度的变化，则找到 (a)来计算 77K、300K 和 473k 下的本征载流子浓度 300 K 本征硅的电子和空穴迁移率分别为 1450 cm2/Vs 和 500 cm2/Vs。计算出的本征硅电阻率是多少？8。硅棒分别掺杂有浓度为 1016/cm3 和 1018/cm3 的磷。计算室温下的载流子浓度和费米能级 EFN 的位置(分别从导带底部和本征费米能级计算)。9.硅棒分别掺杂有浓度为 1015/cm3 和 1017/cm3 的硼。计算室温下的载流子浓度和费米能级 EFP 的位置(分别从价带顶部和本征费米能级计算)。10.计算室温下掺入 10

14、17/cm3 磷的 N+型硅的电阻率和电导率 11.掺硼浓度为 31016cm-3 的硅，室温下计算:(a)光注入n=p=31012 cm-3 是小注入吗？为什么？1 (b)的附加光学电导率 是多少？(c)画出准费米能级在光注入下的位置示意图 (d)绘制了平衡状态下的能带图，标记了电子能谱、电子伏特、电子荧光强度和电子能量指数的位置，并在此基础上绘制了光注入时的电子荧光强度和 EFN，并解释了与电子荧光强度的偏离程度不同。12。对于室温下施主杂质浓度 ND=41015 cm-3 的 N 型半导体，测量了载流子迁移率 N=1050 cm2/Vs，p=400 cm2/Vs，t/q=0.026 V。

15、相应的扩散系数和扩散长度是多少？第 2 章思考问题和练习 1。简述 PN 结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程 2。绘制并比较平衡 PN 结、正向 PN 结和反向 PN 结的能带图 3。如图 2-69 所示，当向前方向的注入很小时，尝试分析 5 个区域中的电子和空穴的运动 4。仍然如图 2-69 所示，当 PN 结被反向偏置时，尝试分析电子和空穴在 5 个区域中的运动。5 试画正负 PN 结少数载流子浓度分布示意图，写出边界少数载流子浓度和 2 少数载流子浓度的分布，并进行比较 6。通过平衡 PN 结的净孔等于零，导出了突变结的接触电动势差UD 表达式。7。正反向 PN 结电流转换和传输机制简

16、介 8。正向 PN 结空间电荷区和反向 PN 结空间电荷区的合成电流是多少 9。写出正负电流-电压关系表达式，绘制 pN 结伏安特性曲线，说明PN 结整流特性 10。硅突变结空间电荷区电场分布和宽度表达式的推导并画出示意图 11。线性慢变结空间电荷区电场分布和宽度表达式的推导并画出示意图 12。什么是 PN 结的击穿电压和击穿电压，简要描述 PN 结雪崩击穿和隧道击穿的机理，并解释它们之间的区别 13.如何提高硅单边突变结的雪崩击穿电压？14.如何提高线性渐变结的雪崩击穿电压？15.如何降低 PN 结的表面漏电流？16。PN 结的电容效应、势垒电容和扩散电容是什么？17。二极管的反向恢复过程和

17、反向恢复时间是什么？提高二极管开关速度的方法有哪些？18。以 N 型硅片为衬底，通过硼扩散制备 PN 结。已知硼的分布为高斯函数分布，衬底浓度 ND=11015/cm3，1180下硼在硅中的扩散系数 D 为 3 扩散系数D=1.510-12cm2/s，扩散时间t=30分钟，扩散结深XJ=2.7 m 试着找出:扩散层表面的杂质浓度 Ns？(2)结深的浓度梯度 aj？(3)接触电位差 UD？19。有两个硅 PN 结，其中一个杂质浓度为 ND？5？10cm1715？3，NA？5？10cm17？3；另一个结的结号？5？10cm19？3，NA？5？10 厘米，计算两个 PN 结在室温下的接触电动势差并解

18、释为什么是？接触电动势的差异随杂质的浓度而变化。NA？10 厘米，ND？10 厘米 20.计算硅 PN 结在 300K，18 时的内建电场？315？321.已知的硅 PN 16？316？32 岁？5？什么？什么？21s，N10cmN10cmcmDnAD 结:2？7DP？10 厘米？p？n？5？10s，横截面积 a？2？10？4cm2，找到 理想饱和电流 J0？外加直流电压为 0.5V 时的正向电流密度 J？(3)电子电流与空穴电流之比？并给出一个解释？22.以上述条件为例，假设 gnp 为 ，当施加 4V 反向偏置电压时，计算出 的电流密度。23。最大电场强度(T=300K)？计算了 300

19、伏逆变电压下的最大电场强度。20？424.对于浓度梯度为 10 厘米的线性硅渐变结，耗尽层宽度为 0.5？m 计算结的最大电场强度和总压降 19？315？3？32 岁？什么？a。1？，计算 N10cmN10cm10cmADP25。硅 n 结，其面积为 的反向偏置 u 分别等于单位势垒电容 CT、空间电荷区宽度 XM 和最大电场强度 EM 为 5V 和 10V？P26。计算硅 n 结的击穿电压。10 厘米(使用简化公式)16？3 4 27。杂质浓度 ND？5？硼扩散在 10 厘米 n 型硅片上进行，形成 PN18？3？，结深 Xj？5？m 试着在结深处找到 N10cmS 结。硼扩散后的表面浓度为

20、 16？3 当施加反向偏置电压 5V 时，浓度梯度 aj、单位面积的势垒电容和击穿电压 UB？P28。设计一个氮突变结二极管当反向电压为 130 伏，正向偏置电压为 0.7 伏时，正向电流为？72.2 毫安假设呢。p0。10 秒 15？3？29。硅 PN 结？10 厘米，计算击穿时的耗尽层宽度，如果 n 区减少 到 5？m 计算击穿电压并进行比较 18？315？3？什么？N10cmN10cmAD30。一个理想的硅突变结，计算 250K，300K，400K，500K 的内建电场 UD，并画出 UD 对温度 t 的曲线(2)用能带图讨论结果(3)在 300K 时，找出零偏置的耗尽层宽度和最大电场

21、第 3 章问题和练习 1。绘制平衡和主动工作模式下 PNP 晶体管的能带图和少子分布图 2。画出正偏压 NPN 晶体管载流子传输过程的示意图，并解释电流传输和转换机制 3。解释发射效率 0 和基本输运系数 *0 的物理意义 4。解释晶体管共基极 DC 电流放大系数 0 和共发射极 DC 电流放大系数 0 的含义，写出 0、0、0 和 *0 之间的关系 5。什么是均匀基极晶体管和可变基极晶体管？两者的工作原理有什么不同？6。绘制晶体管公共基极、公共发射机 DC 输出、输出特性曲线，并讨论 5 V 当 UGS=4V 时，尝试计算跨导 GMS 如果 QOX=51010C/cm2 是已知的，尝试计算饱

22、和泄漏电导 gDsat 当 UGS=4V 和 UDS=10A 时，器件的；尝试计算设备的截止频率 fT？19。已知的 N 沟道金属氧化物半导体器件 NA=1 1016 cm-3，tOX=150nm，L=4 m。尝试计算当 UGS=0V 时器件的漏源击穿电压，并解释击穿受到的限制。20.金属氧化物半导体场效应晶体管在何种情况下会产生短沟道效应的定性描述？第 5 章半导体器件制造技术 1。硅的晶格常数是 5.43？假设硅原子是一个硬球模型，试着计算硅原子的半径并确定硅原子的浓度。2。在直拉法中使用的籽晶通常首先被拉入一个小直径(5.5 毫米)的窄颈中，以开始无位错生长。如果硅的临界产量是 2106

23、g/cm2，试着计算籽晶能支撑的 200 毫米直径单晶锭的最大长度。3。当硼原子被掺杂到直拉法生长的晶体中时，为什么末端的硼原子浓度高于籽晶末端的硼原子浓度？4。简述热氧化生成二氧化硅的机理和二氧化硅的制备方法？5.尝试比较湿法化学蚀刻和干法蚀刻的优缺点 6。假设测得的磷扩散分布可用高斯函数表示，其扩散系数D=2.310-13cm/s，测得的表面浓度为 11018cm-3，衬底浓度为11015cm-3，测得的结深为 1 m，尝试计算扩散时间和扩散层中的总杂质质量 7.画出离子注入系统的示意图，并结合示意图简要描述离子注入的机理。8.为什么沉积多晶硅时通常用硅烷代替 11 气源？9。解释为什么沉积在铸锭上的多晶硅薄膜的温度一般较低，约为600 650 10。简述硅平面技术的工艺流程和各工艺流程的意义 第 6 章 Ga 开管掺杂二氧化硅/硅结构 1。简述了二氧化硅/硅结构中单温区镓开管掺杂的背景 2.描述了二氧化硅/硅体系中镓掺杂的原理 3.简述再分布过程中镓在硅表面附近的反扩散特性 4.简述开管膨胀镓对晶体管伏安特性的影响 5.简述开管膨胀镓在晶闸管等器件中的应用原理 12