《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

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β 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τ

、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

19。尝试比较fα、fβ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3×1018/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5×1015cm-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α0和β0(r0≈1)。24.已知γ0=0.99，BUCBO = 150V伏，Wb=18.7？m，基极区中的电子寿命ηb = 1us(如果忽略发射极结的空间电荷区复合和基极区表面复合)，找到α0、β0、β0*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ρc = 1.2ω·cm，集电极区厚度Wc=10？m，硼扩散表面浓度NBS=5×1018cm-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5×1018cm-3，基极区杂质浓度为2×1016cm-3，集电极区杂质浓度为1×1015cm-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

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:BuCBO = 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β0=100，电流增益

|β|=60，在20兆赫兹下测量当工作频率升至400兆赫时，β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10μm，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0.75μ m，集电极结深度为1.5μ 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5×1017cm-3，基极宽度为2，发射极带宽度为12微米，β=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-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。

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× 1015 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具有以下参数:na = 1×1016 cm-3，μn = 500 cm2/v·s，tox = 150 nm，l = 4μ m，沟道宽度w = 100μ m，ut = 0.5

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=2.8×1019cm-3，κT=0.026eV，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/V·s和500 cm2/V·s。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1017/cm3磷的N+型硅的电阻率和电导率11.掺硼浓度为3×1016cm-3的硅，室温下计算:

(a)光注入△n=△p=3×1012 cm-3是小注入吗？为什么？

(b)的附加光学电导率△σ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=4×1015 cm-3的N型半导体，测量了载流子迁移率μN = 1050 cm2/V·s，μp = 400 cm2/V·s，κ t/q = 0.026 V。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

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=1×1015/cm3，1180℃下硼在硅中的扩散系数D为

扩散系数D=1.5×10-12cm2/s，扩散时间t = 30分钟，扩散结深XJ = 2.7 μ m试着找出:①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

①理想饱和电流J0？

②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

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

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γ0和基本输运系数β

的物理意义

4。解释晶体管共基极DC电流放大系数α 0和共发射极DC电流放大系数β 0的含义，写出α 0、β 0、γ0和β

* 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

V当UGS=4V时，尝试计算跨导GMS如果QOX=5×1010C/cm2是已知的，尝试计算饱和泄漏电导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 = 4μ 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2×106g/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=2.3×10-13cm/s，测得的表面浓度为1×1018cm-3，衬底浓度为

1×1015cm-3，测得的结深为1 μm，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

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