微电子器件物理答案.doc

微电子器件物理阶段测试题

学号姓名得分

硅pn结，分别画出并说明正偏0.5V、反偏1.5V时的能带图。(10%)

比照平衡态能带图，得到的正偏和反偏p结能带图如下列图所示。图中，扩散区长度未按比例画出。

正偏pn结能带图说明1：在–xp处，空穴浓度等于p区空穴浓度，空穴准费米能级等于p区平衡态费米能级。在耗尽区，空穴浓度下降，但本征费米能级下降，根据载流子浓度计算公式，可认为空穴浓度的下降是由本征费米能级的下降引起的，而空穴准费米能级在耗尽区近似为常数。空穴注入n区中性区后，将与电子复合，经过几个扩散长度后，复合殆尽，最终与n区平衡态费米能级重合。因此空穴准费米能级在n区扩散区内逐渐升高，并最终与EFn合一。同理可说明电子准费米能级的变化趋势。

正偏pn结能带图说明2：正偏pn结耗尽区电流为常数，而正偏pn结耗尽区载流子浓度较高，而pn结电流，因而耗尽区内载流子准费米能级梯度近似为常数。耗尽区外准费米能级的变化趋势与前述相同。

正偏pn结能带图说明3：从–xp开始，空穴准费米能级将随着空穴浓度的降低而逐步抬升，并最终在n区扩散区几个扩散长度之后，非平衡空穴浓度降为零，空穴准费米能级与n区费米能级合二为一。而空穴扩散长度比耗尽区宽度长得多，因而可近似认为耗尽区空穴准费米能级为常数。

同理，从xn开始向左，电子准费米能级将随着电子浓度的降低而逐步降低，并最终在p区扩散区几个扩散长度之后，非平衡电子浓度降为零，电子准费米能级与p区费米能级合二为一。而电子扩散长度比耗尽区宽度长得多，因而可近似认为耗尽区电子准费米能级为常数。

反偏pn结能带图可作类似的三种说明。

简述pn结耗尽层电容和扩散电容的概念。怎样计算这两种电容？(10%)

pn结耗尽层电容：pn结耗尽层厚度随外加电压的变化而变化，从而耗尽层电荷总量也随外加电压的变化而变化，这种效应类似于电容器的充放电。这就是耗尽层电容。耗尽层两边的中性区类似于平板电容器的两个极板，耗尽层是极板之间的介质，因此，耗尽层电容可用平板电容器公式来计算，单位面积电容等于耗尽层介电常数除以耗尽层厚度，即，其中，分别半导体的相对介电常数和真空介电常数，W为耗尽层厚度。

pn结扩散电容：耗尽层外非平衡载流子扩散区内积累的非平衡电荷的总量，随着外加电压的增减而增减，这种电容效应就是扩散电容。以单边突变p+n结为例，n区非平衡空穴扩散区内积累的非平衡空穴电荷的总量为为非平衡空穴寿命。扩散电容为。

分别计算室温锗pn结和硅pn结的接触电势差，pn结两边的杂质浓度ND=5?1017cm?3，NA=5?1016cm?

硅pn结：

锗pn结：

硅pn结NA=1018cm?3，ND=10

室温硅pn结NA=1018cm?3，ND=1016cm?3，τn=τp=0.1μs，Dn=25cm

接触电势差

电子和空穴扩散长度

pn结反向饱和电流密度

突变pn结杂质浓度分别为NA，ND，假定临界击穿电场为常数，根据电场分布曲线推导击穿电压表达式。(20%)

根据突变pn结电场分布曲线，如下列图

如图，设pn结外加反向电压为V，那么

(10%)参考下列图，用电荷控制法推导pn结理想电流-电压方程。根据连续性方程的解，p区和n区的非平衡载流子分布为

对于n区，以xn为坐标原点，那么