半导体器件物理(第二版)第二章答案教学教材.doc
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1、半导体器件物理(第二版)第二章答案精品文档2-1结空间电荷区边界分别为和,利用导出表达式。给出N区空穴为小注入和大注入两种情况下的表达式。解:在处 而 () (此为一般结果) 小注入:() 大注入: 且 所以 或 2-2热平衡时净电子电流或净空穴电流为零,用此方法推导方程。解:净电子电流为 处于热平衡时,In0 ,又因为 所以,又因为(爱因斯坦关系)所以,从作积分,则 2-3根据修正欧姆定律和空穴扩散电流公式证明,在外加正向偏压作用下,结侧空穴扩散区准费米能级的改变量为。证明:从积分:将代入得2-4 硅突变结二极管的掺杂浓度为:,在室温下计算:(a)自建电势(b)耗尽层宽度 (c)零偏压下的最
2、大内建电场。 解:(a)自建电势为(b)耗尽层宽度为() 零偏压下最大内建电场为25若突变结两边的掺杂浓度为同一数量级,则自建电势和耗尽层宽度可用下式表示试推导这些表示式。解:由泊松方程得: 积分一次得 由边界条件 所以 再积分一次得 令 得: , 于是 再由电势的连续性,当x0时 , : 所以 再由 得 故 将 代入上式,得 26推导出线性缓变结的下列表示式:(a)电场(b)电势分布(c)耗尽层宽度(d)自建电势。 解:在线性缓变结中,耗尽层内空间电荷分布可表示为 Nd-Naax a为杂质浓度斜率设 由泊松方程得 积分为 当 时 =0, 即 所以 且对式再积分一次得 因为 当 时 , 当 时
3、 , 故 2-7推导出结(常称为高低结)内建电势表达式。解:结中两边掺杂浓度不同(),于是区中电子向区扩散,在结附近区形成,区出现多余的电子。二种电荷构成空间电荷,热平衡时:令 则即空间电荷区两侧电势差。2-8(a)绘出图2-6a中的扩散结的杂质分布和耗尽层的草图。解释为何耗尽层的宽度和的关系曲线与单边突变结的情况相符。 (b)对于的情况,重复(a)并证明这样的结在小的行为像线性结,在大时像突变结。2-9 对于图2-6(b)的情况,重复习题2-8。210(a)结的空穴注射效率定义为在处的,证明此效率可写成(b)在实际的二极管中怎样才能使接近1。证明(a): 而,所以 (b)则因为 ,而 , 所
4、以 即 所以 ,即,即 受主杂质浓度远大与施主杂质浓度。2-11长结二极管处于反偏压状态,求: (1)解扩散方程求少子分布和,并画出它们的分布示意图。 (2)计算扩散区内少子贮存电荷。 (3)证明反向电流为结扩散区内的载流子产生电流。解:(1)其解为(1)边界条件:有 将代入(1): (2)此即少子空穴分布。类似地求得(2)少子贮存电荷X0XXXXX这是N区少子空穴扩散区内的贮存电荷,说明贮存电荷是负的,这是反向PN结少子抽取的现象。同理可求得。说明贮存电荷是正的(电子被抽取,出现正的电离施主)。(3)假设贮存电荷均匀分布在长为的扩散区内,则在空穴扩散区,复合率在电子扩散区,复合率,可见,则空
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