半导体器件物理复习题2

1半导体器件物理复习题三．P-N结：概念题：1.什么是均匀掺杂P-N结？半导体的一个区域均匀掺杂了受主杂质，而相邻的区域均匀掺杂了施主杂质。值得注意这种结称谓同质结。2.冶金结？P-N结交接面称谓冶金结。3.空间电荷区或称耗尽区？冶金结的两边的P区和N区，由于存在载流子浓度梯度而形成了空间电荷区或耗尽区。该区内不存在任何可移动的电子或空穴。N区内的空间电荷区由于存在着施主电离杂质而带正电，P区内的空间电荷区由于存在着受主电离杂质而带负电。4.空间电荷区的内建电场？空间电荷区的内建电场方向由N型空间电荷区指向P型空间电荷区。5.空间电荷区的内建电势差？空间电荷区两端的内建电势差维持着热平衡状态，阻止着N区的多子电子向P区扩散的同时，也阻止着P区的多子空穴向N区扩散。6.P-N的反偏状态？P-N结外加电压（N区相对于P区为正，也即N区的电位高于P2区的电位）时，称P-N结处于反偏状态。外加反偏电压时，会增加P-N的势垒高度，也会增大空间电荷区的宽度，并且增大了空间电荷区的电场。7.理解P-N结的势垒电容？随着反偏电压的改变，耗尽区中的电荷数量也会改变，随电压改变的电荷量可以用P-N结的势垒电容描述。8.何谓P-N结正偏？并叙述P-N结外加正偏电压时，会出现何种情况？9.单边突变结？冶金结一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的P-N结。10.空间电荷区的宽度？从冶金结延伸到N区的距离与延伸到P区的距离之和。练习题：11.画出零偏与反偏状态下，P-N结的能带图。根据能带图写出内建电势的表达式。12.导出单边突变结空间电荷区内电场的表达式，并根据导出的表达式描述最大电场的表达式，解释反偏电压时空间电荷区的参数如势垒电容，空间电荷区宽度，电场强度如何随反偏电压变化。13.若固定ND=1015cm-3,分别计算（1）NA=1015cm-3；（2）NA=1016cm-3；（3）NA=1017cm-3；（4）NA=1018cm-3；T=300K时的内建电势值。2lnADbiTiNNVVn14.假如硅半导体突变结的掺杂浓度为NA=2X1016cm-3，3ND=2X1015cm-3，T=300K。计算（1）Vbi；（2）VR=0与VR=8V时的空间电荷区宽度W，（3）VR=0与VR=8V时的空间电荷区中的最大电场强度。1/22sbiRadadVVNNWqNN1/2maxmax22biRadsadbiRqVVNNENNVVEW15.在无外加电压的情况下，利用p-n结空间电荷区中的电场分布图推导出：（1）内建电势?biV（2）总空间电荷区宽度W=?（3）N型一侧的耗尽区宽度?nx（4）P型一侧的耗尽区宽度?px（5）冶金结处的最大电场max2biVEW解：maxmax1112211222AbinppsDbinpnsqNVxxEWxqNVxxEWx4解：由（1）、（2）两方程得：2324sbipAsbinDVxqNWVxqNW（3）＋（4）得：222112(5)sbisbisbisbipnADADeffVVVVWxxqNWqNWqWNNqWN2111(6):sbieffeffADVWWhereqNNNN解：将2sbieffVWqN带入（3）和（4）得：22212722221282effseffbieffeffsbisbisbipAAsbiAAeffAeffseffbieffeffsbisbisbinDDsbiDDeffDqNNVNNVVVxWqNWqNVNqNNqNqNNVNNVVVxWqNWqNVNqNNqN或者可写成：pAnDeffxNxNWN解：由方程（1）得：maxmaxmax11222(9)binpbiVxxEWEVEW当外加反向电压等于RV时：2211022()111seffbiRsbiRpAAseffbiRsbiRnDDNVVVVxqNWNqNVVVVxqNWNq52(12)sbiReffVVWqNmax2(13)biRVVEWN型耗尽区上的压降：211142DnsqNVxN型耗尽区上的压降：221152ApsqNVx内建电势：2212111622DAbinpssqNqNVVVxx能够认为：2211ln,ln22AADDfpTpfnTnisisNqNNqNVxVxnn吗？证明：22221112222effeffeffAAAsbipbissAsAeffANNNqNqNqNVxWVNNqNN22221112222effeffeffDDDsbinbissDsDeffDNNNqNqNqNVxWVNNqNN所以：222effeffsbisbippAAAANNVVxxNqNNqN222effeffsbisbinnDDDDNNVVxxNqNNqN