第六章作业答案..doc

第六章 pn 结 （1）讨论pn结势垒高度对，掺杂浓度以及温度的依赖关系。若p、n两边掺杂浓度分别为/cm和/cm，求为/cm和/cm这两种情形300K时的值。 1）0.7eV 2) 0.3 eV （2）对于施加偏压的pn结，求得下式的最主要的依据是甚么？ 最主要的依据是准费米能级主要是在势垒区以外降落的。在n(或p)型区和空间电荷区的范围内，电子费米能级可以看成是平直的。 （3）说明pn结中的注入少子在小注入情形下主要依赖扩散运动。 （4）比较Si和Ge的pn结的反向电流。反向电流为何随温度增大？当温度由300K增加到400K时，Ge的pn结的反向电流增加多少倍。 T大j0大 1488倍 讨论半导体材料的对pn结性质的影响： 1) 导通电压（参看图6.4，即开始有显著电流的电压） 2）反向电流的大小和性质（扩散区产生电流为主,还是空间电荷区产生电流为主） 3) 结的允许使用温度 1） ?g 大， j0小，在j相同时，则导通电压V大 2） 它与j0的比值(若只取与np0相联系的项(n+p结))为 ?g 大， ni小，反向电流中空间电荷区产生电流成分增加 3) ?g小，反向饱和电流密度大, 引起的热损耗大, 结温上升, 导致反向饱和电流密度增加, 容易引起热电击穿。?g 大, 结的允许使用温度大。 （6）分析反向偏置的pn结中准费米能级的变化并示意画出少子扩散区中少子的分布。 （7）说明在小注入pn结中，电子或空穴在多子区，空间电荷区，和注入区的运动情况。 多子区：漂移运动；空间电荷区：漂移+扩散运动, 扩散漂移；注入区：扩散运动 （8）说明pn结两边的电子电流和空穴电流是如何实现转换的。 （9）讨论pn结两侧的掺杂情况对结性质的影响 1）电子电流和空穴电流的比值 空间电荷区宽度及其在两边的分配 3）结电容（单位面积） 4) 若=12，/cm，/cm，VD=1V, 求偏压为0.3V，0V，?10V 时的势垒宽度和单位面积结电容。 1） 掺杂浓度高的一侧多子为注入电流的主要形式。 2） 两边空间电荷区厚度和掺杂浓度成反比。 3） 外加电压增加 dV 时，设空间电荷区边缘的电荷增量为dQ。它在耗尽层产生的附加电场为dQ/ ee0。所产生的附加电压dV可表示为 可以把结的总体电容看成由两个电容串联而成 解二: N*大，C大；C由掺杂浓度低的一侧决定 4） 正向偏压： 其它情况： V=4.6V，0V，?10V d=0.96, 1.15, 3.8 ?m C=11, 9.2, 2.8( ?103pF/cm2) （10）pn结正向稳态电流和过剩载流子的非平衡积累相联系。若对处于正向的偏置的pn结，突然施加反向电压，在由正向向反向转换的一瞬间会发生什么现象 瞬间会出现一个较大的反向电流. 电荷存储和二极管瞬态 1.关瞬态 二极管由开态变为关态 t0时， 正偏电流为： 当外加电压由正偏变为反偏时，空间电荷区边缘处的少子浓度不能在维持，于是它们开始衰减并形成很大的梯度，于是电流方向就会变成反偏方向。假设在那时的反偏二极管压降相对于VR很小，于是反偏电流近似为： pn结的电容不允许结压降立即变化。由上式可得反偏电流密度梯度为常量,相应的空间电荷区边缘少子浓度随时间的变化见下图。 下图中，ts称为存储时间，即为空间电荷区边缘少子浓度达到热平衡值时所经历的时间。在ts之后，结上的压降开始发生变化。 摘自半导体物理与器件 Dona H. Neamen （11）由实验得到的电容电压关系可表示为, 由之如何得到自建势VD和求约化浓度N* （12）说明pn结击穿电压对材料掺杂浓度和禁带宽度的依赖。 随着反向偏压的增大，势垒区内的电场增强，能带更加倾斜，Dx=Eg/q?E?将变得更短。 式中E(x)表示点x处的势垒高度，E为电子能量，x1及x2为势垒区的边界。 电子隧道穿过的势垒可看成为三角形势垒，如图6-25所示。为了计算方便起见，令E=0，并假定势垒区内有一恒定电场?E?，因而在x点处， 将其代入 积分式中，并取积分上、下限为Dx及0，故 经计算并利用Dx=Eg/q?E?关系可得