《半导体物理学》习题库

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1、第1章思考题和习题1.300K时硅的晶格常数a=5.43Å,求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少?2.综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。3.画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图,并对它们的导电性能作出定性解释。4.以硅为例,简述半导体能带的形成过程。5.证明本征半导体的本征费米能级Ei位于禁带中央。6.简述迁移率、扩散长度的物理意义。7.室温下硅的有效态密度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,求:(a)计算77K、

2、300K、473K3个温度下的本征载流子浓度。(b)300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s,计算本征硅的电阻率是多少?8.某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷,求室温下的载流子浓度及费米能级EFN的位置(分别从导带底和本征费米能级算起)。9.某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼,求室温下的载流子浓度及费米能级EFP的位置(分别从价带顶和本征费米能级算起)。10.求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。11.掺有浓度为

3、3×1016cm-3的硼原子的硅,室温下计算:(a)光注入△n=△p=3×1012cm-3的非平衡载流子,是否为小注入?为什么?12(b)附加光电导率△σ为多少?(c)画出光注入下的准费米能级E’FN和E’FP(Ei为参考)的位置示意图。(d)画出平衡下的能带图,标出EC、EV、EFP、Ei能级的位置,在此基础上再画出光注入时,EFP’和EFN’,并说明偏离EFP的程度是不同的。12.室温下施主杂质浓度ND=4×1015cm-3的N型半导体,测得载流子迁移率μn=1050cm2/V·s,μp=400cm2/V·s,κT/

4、q=0.026V,求相应的扩散系数和扩散长度为多少?第2章思考题和习题1.简述PN结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程。2.画出平衡PN结,正向PN结与反向PN结的能带图,并进行比较。3.如图2-69所示,试分析正向小注入时,电子与空穴在5个区域中的运动情况。4.仍如图2-69为例试分析PN结加反向偏压时,电子与空穴在5个区域中的运动情况。125试画出正、反向PN结少子浓度分布示意图,写出边界少子浓度及少子浓度分布式,并给予比较。6.用平衡PN结的净空穴等于零的方法,推导出突变结的接触电动势差UD表达式。7.简述正反向P

5、N结的电流转换和传输机理。8.何为正向PN结空间电荷区复合电流和反向PN结空间电荷区的产生电流。9.写出正、反向电流_电压关系表达式,画出PN结的伏安特性曲线,并解释pN结的整流特性特性。10.推导硅突变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。并画出示意图。11.推导线性缓变变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。并画出示意图。12.什么叫PN结的击穿与击穿电压,简述PN结雪崩击穿与隧道击穿的机理,并说明两者之间的不同之处。13.如何提高硅单边突变结的雪崩击穿电压?14.如何提高线性缓变结的雪崩击穿电压?15.如何减小PN结的

6、表面漏电流?16.什么叫PN结的电容效应、势垒电容和扩散电容?17.什么叫做二极管的反向恢复过程和反向恢复时间?提高二极管开关速度的途径有哪些?18.以N型硅片为衬底扩硼制备PN结,已知硼的分布为高斯函数分布,衬底浓度ND=1×1015/cm3,在扩散温度为1180℃12下硼在硅中的扩散系数D=1.5×10-12cm2/s,扩散时间t=30min,扩散结深Xj=2.7μm。试求:①扩散层表面杂质浓度Ns?②结深处的浓度梯度aj?③接触电势差UD?19.有两个硅结,其中一个结的杂质浓度,;另一个结的,,求室温下两个

7、PN结的接触电动势差。并解释为什么杂质浓度不同,接触电动势差的大小也不同。20.计算一硅PN结在300K时的内建电场,,。21.已知硅PN结:,,截面积,求①理想饱和电流?②外加正向电压为时的正向电流密度?③电子电流与空穴电流的比值?并给以解释。22.仍以上题的条件为例,假设计算反向偏压时的产生电流密度。23.最大电场强度(T=300K)?求反型电压300时的最大电场强度。24.对于一个浓度梯度为的硅线性缓变结,耗尽层宽度为。计算最大电场强度和结的总电压降。25.一硅N结,其,面积计算反向偏压分别等于和的么势垒电容、空间

8、电荷区宽度和最大电场强度。1219.计算硅结的击穿电压,其(利用简化式)。20.在衬底杂质浓度的型硅晶片上进行硼扩散,形成结,硼扩散后的表面浓度结深。试求结深处的浓度梯度,施加反向偏压时的单位面积势垒电容和击穿电压。21.设计一突变结二极管。其反向电压为,且正向偏压为时的正向电流为。并假设。22.一硅N结,,求击穿时

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