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1、解释如下概念：PN结、空间电荷区、内建电场、内建电势差、突变结、线性缓变结。答：PN结：在一块半导体上形成的p型区和n型区交界处。空间电荷区：离化的施主和受主带有固定的电荷，占据一定的区域。内建电场：空间电荷产生的电场。内建电势差：平衡p-n结的空间电荷区两端间的电势差VD，称为p-n结的接触电势差或内建电势差。突变结：P型区中受主杂质浓度为NA，均匀分布；N型区中施主杂质浓度为ND，均匀分布；在交界面处，杂质浓度由NA(P型)突变为ND(N型)；具有这种杂质分布的pn结称为突变结。线性缓变结：扩散结中杂质的分布中，浓度梯度比较大的一类可以用前述的突变结来描述；浓度梯度比较小的称为线性缓变结。2、推导PN结内建电势差VD的公式。0000()()exp()()()exp()exp()()()()()exp()FCCFCpCCCppEExnxNEEqVxnxNkTkTkTExEqVxqVxnxnkT热平衡下载流子浓度00000()()exp()exp()TnDnTnpnpqVxqVnnxnnnkTkT0000DA22DA0D020Aexp()lnNNPNNNNlnNnDnpDpiinpDpinqVkTnnVkTqnnnkTnnVpqn设型一侧掺杂为，型一侧为，设全部电离：，3、证明热平衡下的PN结，在波尔兹曼近似下，其空间电荷区及电中性区中满足np=ni2.证明：20000000000))(exp())(exp()()())(exp()())(exp()(ippppppnpnkTxqVpkTxqVnxpxnkTxqVpxpkTxqVnxn4、若ND=5x1015cm-3，NA=1017cm-3，求室温下Ge突变pn结的VD。解：室温下，假设杂质全部电离，有：VD=kT/qln(NDNA/ni2)室温下，Ge的本征载流子浓度为：ni=2.4x1013cm-3VD=0.026ln(5x1015x1017/ni2)=0.36V5、叙述PN具有整流特性的内在物理机理。正向偏压下，正向电流密度随正向偏压呈指数关系，迅速增大。室温下kT/q=0.026V，只要外加电压大于零点几伏,exp(qV/kT)1J=Jsexp(qV/kT)反向偏压下，V0，q|V|kTexp(qV/kT)0称为反向饱和电流，很小。表明pn结I-V特性不对称，具有单向导电性。)(00npnpnpsLnqDLpqDJJ单向导电性对应的内部物理机制是：正向V增加，注入的非平衡少子增加扩散电流增加。反向V增加，少子的抽取不变，只是空间电荷区宽度略有增加。反向扩散电流不变。6、试分析小注入时，电子（空穴）在五个区域中的运动情况（分析漂移于扩散的方向及相对大小）。答：正偏下载流子电流的图像P型电中性区：几乎全部为空穴的漂移电流；由于少子浓度远小于多子浓度可以认为这个电流完全由多子空穴携带。电子扩散区：空穴沿x方向进入电子扩散区后，一部分与N区注入进来的电子不断地复合，其携带的电流转化为电子扩散电流；另一部分未被复合的空穴继沿x方向漂移，到达-xTP的空穴电流，通过势垒区；空穴扩散区：若忽略势垒区中的载流子的产生－复合，则可看成它全部到达了xTN处，然后以扩散运动继续向前，在N区中的空穴扩散区内形成空穴扩散流。在扩散过程中，空穴还与N区漂移过来的电子不断复合，使空穴扩散电流不断地转化为电子漂移流。直到空穴扩散区以外，空穴扩散电流全部转化为电子漂移流。忽略了少子漂移流后，电子电流便构成了流出N区欧姆接触的正向电流。7、一硅突变pn结，n区的n=5cm，p=1s，p区的p=0.1cm，n=5s，计算室温下空穴电流与电子电流之比、饱和电流密度，以及在正向电压0.3V时流过pn结的电流密度。解：电流密度公式：3222200102.1)/(/]1))[exp((]1))[exp((]1))[exp((]1))[exp((DpnAnpnpDpippAninnDpipAninpnpnpnNLDNLDJJkTqVNLnqDJkTqVNLnqDJkTqVNLnqDNLnqDkTqVLpqDLnqDJ•查表得知：n=5cm，p=0.1cm时的掺杂浓度为ND=1x1015cm-3,NA=6x1017cm-3,•查表得知：ND=1x1015cm-3时，迁移率为p=500NA=6x1017cm-3,n=500，n=5cm，p=1s，p区的p=0.1cm，n=5s，反向饱和电流：加0.3v正向电压时的电流值：cmLcmLscmDscmDDLDLqkTDqkTDpnpnpppnnnppnn3322106.31*13,100.85*13/13026.0*500/13026.0500,,,2210252()1.410/0.3,[exp()1]1.4410/pinisnApDsqDnqDnJJAcmLNLNqVVVJJAcmkT8、已知突变结两边杂质浓度为NA=1016cm-3、ND=1020cm-3，（1)求势垒高度和势垒宽度；（2)画出|E(x)|、V(x)图。解:计算半导体为Si的情况：①势垒高度公式：qVD=k0Tln(NDNA/Ni2)=0.937ev.由于ND/NA=1041，属于n+-p结。应用式（6-93）：则有势垒宽度：②|E(x)|图mcmqNVXADrD351.01051.3250|E||Em|VDV(x)图•N•P•X9、结合图，讨论影响PN结的I－V特性偏离理想曲线的因素。答：实际硅p-n结与理想p-n结的偏差：1、a段：小的正向电压下，实际电流比理想的电流大，空间电荷区复合电流。2、c段、d段：大的正向电压下，实际电流比理想电流小，3、实际反向电流比理想反向电流大很多。引起上述差别的主要原因有：表面效应、势垒区中的产生与复合、大注入效应、串联电阻效应。10、为什么Ge、Si和GaAs在室温附近，PN结反向漏电流的不饱和性，依次严重？随温度升高又依次变好？答：反向电流jR应为反向扩散电流jDR与势垒区产生电流jg之和：00000002)()2()1))(exp((DinpnpnpgDRRDRgDiRnpnpnpgDRRxnLnqDLpqDjjjjVxnTkqVLnqDLpqDjjj趋于饱和较大时，对于p+n结来说，其反向扩散电流密度DpippnpRDNLnqDLpqDJ20Ge、Si、GaAs禁带宽度逐渐增加，ni值递减，三者的反向扩散电流密度JDR逐渐减小。室温时，Jg所占比重要大，根据三者ni值可知Jg逐渐减小、不饱和，故反向漏电流的不饱和性依次严重。•随温度的变化：随着温度的升高，反向扩散电流密度JDR在反向电流jR所占比重增加，JDR有饱和性，故PN结的反向漏电流的不饱和性依次变好。11、什么是PN的电容？主要有几种电容？分别表现在什么工作状态？与金属的平行板电容有何不同？答：电容：两极板上的电荷随电压的变化关系可用电容表示。在交流信号作用下，pn结会失去单向导电性，说明有电容作用。主要有势垒电容和扩散电容两种。•势垒区中的杂质离子电荷是随着外加偏置电压而变化的，由此引起的电容效应称为势垒电容，以CT表示；•pn在偏置下，在结两侧的扩散区内，各存在着两组过剩载流子，它们的数量也随着外加电压的变化而变化。这种电容效应称为扩散电容，以CD表示。•与金属的平行板电容的不同：反向偏压下，p-n结的电容为其势垒宽度与外加电压有关，而金属的平行板电容中的X是固定的值，仅与两板间的间距有关。0rpDACXDX12、分别计算硅n+p结在正向电压为0.6V、反向电压为40V时的势垒区宽度。已知NA=5x1017cm-3,VD=0.8V.解：对于n+p结，cmXcmNVVVVcmXcmNVVVVNVVqNVVxXDADDADADADrpD53176317701023.105,40,8.01028.2105,6.0,8.0)(103.1)(2反向偏置：正向偏置：13、分别计算硅p+n结在平衡和反向电压45V时的最大电场强度，已知ND=5x1015cm-3，VD=0.7V。解：在p+-n结情况下平衡时的xn为：当加上45V的反向电压时xn为：(式中V=-45V)则：mcmqNVxDDrn429.01029.4250mcmqNVVxDDrn47.31047.3)(240rnDmxqNE0||-3.26x104v/cm,V=0v-2.63x105v/cm,V=-45V14、什么是PN结的雪崩击穿和隧道击穿？这两种击穿机理的击穿电压随温度的变化趋势是怎样？为什么？答：pn结在反向偏置下，外加电场的方向和空间电荷区自建电场方向一致，当P区的电子向电源正极移动的过程中穿越势垒时，将受到势垒电场的加速。若电场足够强，电子获得了足够的动能和原子碰撞，将晶格的共价键破坏，产生一个电子-空穴对，这些新产生的电子-空穴对再从电场中获得动能，进一步产生电子-空穴对，从而使势垒区在单位时间内产生大量载流子，迅速增大反向电流，这种击穿机理称为雪崩击穿。•在强场作用下，由于隧道效应，使大量电子从价带穿过禁带而进入导带所引起的一种击穿现象，这种击穿机理称为隧道击穿。•雪崩击穿的击穿电压具有正温度系数，•随着温度的提高，散射增强，载流子的平均自由运动时间减少，导致动能不易积累，使电离率下降，击穿电压提高。•隧道击穿的击穿电压具有负温度系数。•这是因为随着温度升高，半导体的带隙Eg减少，隧道长度相应减少，电子的穿透几率相应增大，因而击穿电压随温度升高而减少。15、对于一个单边突变结，击穿电压主要是由那边的掺杂浓度决定的？为什么？•答：主要由低掺杂一侧的掺杂浓度决定，由于击穿电压决定于耗近层宽度，而耗近层宽度由低掺杂一侧决定。•用公式表示为：120221NqExEVmbmbmbb积累层:对于N+-N组成的高低结电子倾泻到轻掺杂一侧。不过这些剩余载流子形成一个积累层。因为它们处于相同类型的区域。这两种情况中的这一事实产生了一个重要差别，特别是在接触电势上。VnNNqkTViADD71.0ln2练习.对于一个PN结和高低结，其中各自的净掺杂为1018/cm3和1014/cm3，比较VD。对于PN结这里，ND和NA是两边的净掺杂值。对于高低结，这里NH和NL分别是高、低边的净掺杂值。LHDNNqkTVln