《固态电子器件》课件试卷2007
固态电子论-第二章习题参考解答ppt课件
第14题 点缺陷的定义： 在一个或几个原子尺度内偏离理想晶体周期性结构的缺陷称为点缺陷。 晶体中的点缺陷包括： 1、空位；2、本征间隙原子；3、杂质间隙原子；4、替位杂质原子； 其中1、2称为本征点缺陷，是由于一定温度下，热的统计涨落形成的。 3、4称为杂质点缺陷，是由于杂质存在形成的。
线缺陷的定义： 原子排斥偏离理想晶体周期性结构形成的一维缺陷称为线缺陷。
其它粒子作用时，声子数不守恒。 2、波动性——一个声子等效为一个格波。 3、统计性——一定温度下，晶体中的平均声子数由玻色-爱因斯坦统计给出。
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声子对描述晶格振动的意义
1、声子是晶格原子集体振动能量的量子；
2、晶格振动等效为 3 s N个声子组成的声子气 ，服从玻色-爱因斯坦统计分布；
晶体中的线缺陷包括： 1、刃位错；2、螺位错；
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第15题 影响晶体中杂质替位概率的主要因素： 1、替位杂质原子的大小与被替代的晶格原子的大小的接近程度。原子大 小越接近，替代的概率越高； 2、替位杂质原子的价电子壳层与被替代的晶格原子的价电子壳层结构相似 程度。电子壳层结构越相似，替代的概率越高。 3、晶体中的空位数高低。空位越多，替代的概率越高。
体，正负离子的相对振动，在晶体中形成交替变化的电偶极子，等效为高频率电磁 波。
晶体振动声学波的特点： 是弹性波，振动频率较低，振动频率随波矢变化较大。
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第10题
根据教材中给出的一维双原子晶格色散关系，
光学波 omax
禁带
声学波
2(1 2)
m o min
A max
22
m
21
m
Amin 0
《固态电子器件》课件6(5)
dVG kT Cd Cit S 2.3 (1 ) d (log I D ) q Ci
Fig.6-38
S, a measure of the efficacy of the gate potential in modulating ID. The smaller the value of S, the better the transistor is as a switch. S is improved by reducing the gate oxide thickness . S is higher for heavy channel doping or if the silicon-oxide interface has many fast interface states.
This current is due to weak inversion in the channel. It leads to an electron diffusion current from source to drain.
Z kT I D Cd Cit L q
•power dissipation
In practice, power supply voltages are not scaled down with the device dimensions, partly because of other system-related constraints.
Question: • How about applying a forward bias between the source and the substrate?
Conclusions:
• MOSFET正常工作时，必须保证 漏p-n结和源p-n结零偏或反偏。
固态电子器件 中文习题集
习题第一部分PN 结1. pn结的单向导电性是怎样形成的, 说明并画图。
2. 有两个pn结, 其中一个结的杂质浓度N D=5x1015 cm-3, N A=5x1017 cm-3, 另一个pn结的杂质浓度N D=5x1017 cm-3, N A=5x1019 cm-3, 在室温全电离近似下分别求它们的接触电势差, 并解释为什么杂质浓度不同, 接触电势差的大小也不同。
3. 证明pn结电流与费米能级的关系式(2.13)及(2.14)式。
4. 试说明准费米能级的物理意义。
5. 用(2.19)式说明, 当外加电压为正值和负值条件下的pn结状态。
6. 同一导电类型但杂质浓度不同的半导体n+n结, 也存在接触电势差。
设两边的杂质浓度分别为N D1和N D2(N D1>>N D2), 画出此n+n结的能带图, 导出接触电势差的表达式。
7. pn结的杂质浓度N D=5x1015 cm-3, N A=5x1017 cm-3, 计算n区及p区空间电荷区宽度的大小。
若以n区空间电荷区的宽度来近似pn结空间电荷区的宽度, 其误差是多少?8. 一线性缓变pn结, 杂质浓度从冶金界面的n侧1μm处的N D=5x1017cm-3线性变化到冶金界面的p侧1μm处的N A=5x1017 cm-3, 计算平衡pn结的接触电势差和外加2V反向电压下的空间电荷区宽度。
9. pn结的杂质浓度分别为N D=2x1017cm-3, N A=1x1015cm-3, n区和p区的宽度大于少数载流子扩散长度, τn=τp=1μs, 结面积=1600μm2, 取D n=35cm2/s,D p=13cm2/s, 计算(1) T=300K下, 正向电流等于1mA时的外加电压;(2) 要使电流从1mA增大到2mA, 外加电压应增大多少?(3) 维持(1)的电压不变, 当T由300K上升到400K时, 电流上升到多少?10. 突变pn结外加电压为0.5V, 掺杂浓度分别为N A=1017cm-3、N D=2.25X1015 cm-3, 求n区及p区耗尽层边界处的少数载流子浓度。
《固态电子器件》课件 6(1)
• By using GaAs instead of Si, a higher electron mobility is available ,and furthermore GaAs can be operated at higher temperature( and therefore higher power levels). Since no diffusion are involved, close geometrical tolerance can be achieved and MESFET can be made very small. This is
Voltage-controlled amplification — FET Current-controlled amplification — BJT
6.2 Junction Field Effect Transistor(结型场 效应管，JFET) basic structure
6.2 Junction Field Effect Transistor(JFET) A fabrication process for JFET
qa 2 N d VP 2
1/ 2
2 ( VGx ) h( x ) a W ( x ) a qN d 1/ 2 Vx VG a 1 V P
L
0
I D dx
VD
0
Vx VG 2 Za 1 V P
P+-type/diffusion扩散 Metal Lithography光刻
SiO2 /oxidation氧化 n-type
P+-type Si Epitaxial film外延
固体电子学试卷及答案(一)
福州大学至诚学院《固体电子学》试卷答案（一）一、单项选择（每题 2 分，共10 分）1．电子在晶体中的共有化运动指的是 C 。
A．电子在晶体中各处出现的几率相同B．电于在晶体原胞中各点出现的几率相同C. 电子在晶体各原胞对应点出现的几率相同D．电子在晶体各原胞对应点有相同位相2．离子晶体可能的最大配位数是 B 。
A．12 B．8 C．6 D．43．根据费米分布函数，电子占据（E F + kT）能级的几率 B 。
A．等于空穴占据（E F + kT）能级的几率 B. 等于空穴占据（E F－kT）能级的几率C．大于电子占据E F的几率D．大于空穴占据E F的几率4．下列说法中错误的是 A 。
A．特鲁德模型，即量子的自由电子气模型，是建立在金属电子气体假设基础上的。
B. 在特鲁德模型中，认为金属电子气体是玻色子，遵循玻尔兹曼统计规律。
C．在索末菲模型中，认为金属电子气体是费米子，遵循费米统计规律。
D. 特鲁德对金属结构的基本描述是金属原子由原子实和价电子两部分构成。
5．对于只含一种杂质的非简并n型半导体，费米能级E F随温度上升而 D 。
A．单调上升 B. 单调下降C．经过一极小值趋近E F D．经过一极大值趋近E F二、填空（每空 2 分，共20 分）1．氯化钠结构复式格子可以看作是由两个面心立方结构子晶格套构而成。
2．电子亲和能一般随着原子半径的减小而增大。
3．由正负离子相间排列的一维离子链的马德隆常数是2ln2 。
4．B原子在Si晶体中形成的是p型半导体，P原子在Si晶体中形成的是n型半导体。
5．原子电负性=0.18（电离能+ 电子亲和能），用它来作为一种元素的原子对外层电子吸引能力的衡量尺度。
6．两种不同金属接触后，费米能级高的金属带正电，对导电有贡献的是费米面附近位置的电子。
7．我们一般采用回旋共振实验来测量有效质量。
三、简答题（每题8分，共24分）1．从能带论的角度解释为什么导体，半导体和绝缘体的导电能力存在差别；半导体与导体，半导体与绝缘体的最大区别在哪里？答：满带和空带不导电，半满带才导电。
固体电子器件原理期末考试题A卷及答案教学文稿
固体电子器件原理期末考试题A 卷及答案一、能带图 (27分)1. 画出硅pn 结零偏、反偏和正偏条件下的能带图，标出有关能量。
(9 分)2. 画出n 型衬底上理想的金属-半导体接触（理想金属-半导体接触的含义：金属-半导体界面无界面态，不考虑镜像电荷的作用）的能带图，(a) φm > φs , (b) φm < φs . 分别指出该接触是欧姆接触还是整流接触? （要求画出接触前和接触后的能带图）( 8 分 )φm > φs ,φm < φs ,3. 画出p 型硅衬底上理想MOS 结构（理想MOS 结构的含义：栅极材料与衬底半导体无功函数差，栅极-氧化层-衬底无界面态，氧化层为理想的介质层）半导体表面处于反型状态时的能带图。
(5分)4. 重掺杂的n +多晶硅栅极-二氧化硅-n 型半导体衬底形成的MOS 结构，假定氧化层电荷为零。
画出MOS 结构在平衡态的能带图，说明半导体表面状态。
（5分）二、器件工作机理和概念(35 分)1. 简述突变空间电荷区近似的概念。
(5分)现在以突变pn 结为例来研究平衡pn 结的特性。
我们知道，在p 型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子；而在n 型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
于是，在pn 结冶金界面的两侧因浓度差而出现了载流子的扩散运动。
p 区的空穴向n 区扩散，在冶金界面的p 型侧留下电离的不可动的受主离子; 同理，n 区的电子向p 区扩散，在冶金界面的n 型侧留下电离的不可动的施主离子。
电离的受主离子带负电，电离的施主离子带正电。
于是，随着扩散过程的进行，在pn 结界面两侧的薄层内，形成了由不可动的正负电荷组成的非电中性区域。
我们把这一区域称为pn 结空间电荷区， 如图所示。
空间电荷的出现，在pn 结两侧产生了由正电荷指向负电荷的电场E bi ， 即由n 区指向p 区的电场。
这一电场称为自建电场或内建电场。
《固态电子器件》课件7(3)
kT a ( xn ) q Wb
• Since this field aids the transport of holes across the base region from emitter to collector, the transit time is reduced below that of a comparable uniform base transistor. This shortening of transit time can be very important in high frequency devices.
dQI QI iEI iCI iBI dt pI iB iBN iBI
pN
QN
pI
QI
dQN dQI dt dt
Characteristics of BJT
• (1) input characteristics I E I I C I EO e qV / kT 1 I C N I E I CO e qV / kT 1
1 QI dQN 1 i E QN dt pN tI tN 1 dQI QN 1 iC QI dt tN pI tI QN QI dQN dQI iB pN pI dt dt
IE IC IB
1 QI 1 QN tN pN tI 1 QN 1 QI tN tI pI QN QI I BN I BI
+
I ES IE (pE N pC ) pn I CS IC ( I pE pC ) pn
固态电子器件ppt课件
所以
n(xp ) ni exp
EpF EiP qVA
/ kT
np
exp(
qVA KT
)
（xn）处少子空穴浓度，同理可得：
p(x
n
)
pn
exp(
qVA KT
)
空间电荷内及其边界电子与空穴浓度的积：
n(x)
p(x
)
n(xp
)
p(x
n
)
ni2
exp(
qVA KT
)
a. 非平衡pn结空间电荷区及其边界电子与空穴 浓度的积相等，且是偏置电压的e指数函数。
P区
Eip
Ei(x)
qVD
Ein
N区
ψ(x)
VD
-xp
-xn
费米能级:
对于平衡pn结，只要确定费米能级位置，则可得到其能带结构。
设ψ(-xp)=0，有
Ei(x) = Eip―qψ(x)
式中Eip为中性p区本征费米能级，对上式微分有
1 dEi (x) d(x) (x)
q dx
dx
利用上式及
p(x)
n(x) ni exp EnF Ei (x) / KT p(x) ni exp Ei (x) EpF / KT
空间电荷区边界载流子浓度：
仍设pn结外加偏压为VA，VA>0为正偏，VA<0为反偏
（-xp）处少子电子浓度：
因为 EnF = EpF + qVA ，Ei(-xp) =Ei p—中性p区本征费米能级
7. 电子和空穴各自的扩散（扩散流）与漂移（漂移流）相抵消时，正、负空间电荷量、
正、负空间电荷区宽度、自建电场、空间电荷区内电子和空穴分布达到动态平衡，形
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II （Total 50 points） Answer the following questions. 1. Give some manners to control the threshold voltage of MOSFET?(10points) 2. AlGaAs/GaAs MESFET is called High Electron Mobility Transistor (HEMT). Why?(10 points) 3. Comment on the effects of injection level on γ(emitter injection efficiency) ,α (current transfer ratio)and β(base-to-collector current amplification factor). Explain the thermal runaway effect with large value of IC.(20 points) 4. Explain the operation principle of a P+-N+ homojunction lasers. (10 points)
东
课程名称 适06-07-3 得分
电子器件 电子科学与技术
考 试学期 考试形式
闭卷
考试时间长度 120 分钟
姓名 学号
密 封
线
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I （total 20 points） Explain the following concept as simply as possible. 1.flat band voltage (4 points) 2.narrow width effect in MOSFET(4 points) 3. base narrowing effect in BJT(4 points) 4. substrate bias effects of MOSFET (4 points) 5.stimulated emission (4 points)
III (Total 20 points) An n+-polysilicon-SiO2 -Si n-channel MOSFET is fabricated with NA=1016 cm-3 and 100Å-thick SiO 2 layer, ms= -0.95V, the interface charge Qi=51010 q(C/cm2 ). Assume T=300K. Calculate: (1) The flat band voltage ; (2) The threshold voltage VT ; (3) The given MOSFET is An enhancement- mode MOSFET or A depletion-mode MOSFET?
(Some constants: k=1.3810-23 J/K=8.6210-5 eV/K; q=1.610-19 C; 0 =8.8510-14 F/cm=8.8510-12 F/m; The relative dielectric constant of SiO 2 and Si are 3.9 and 11.8, respectively. The intrinsic concentration for Si at room temperature is ni=1.51010 cm-3 .)
IV( Total 10 points) Consider a p-channel n+-polysilicon MOSFET device with N d=1016 cm-3 and
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Qi=51010 q C/cm-2 , the threshold voltage VT is –1.1V for a gate oxide thickness of 0.01μ m. What is the required boron ion dose FB to reduce VT to -0.5V? Assume that the implanted acceptors form a sheet of negative charge at the Si-SiO2 interface?
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