PN结作业题部分答案[西电].doc

. . . .晶体管原理（pn结部分）-作业答案1、 (1)如果PN结的N区长度远大于, P区长度为, 而且P区引出端处少数载流子电子的边界浓度一直保持为0,请采用理想模型推导该PN结电流-电压关系式的表达形式(采用双曲函数表示)(2)若P区长度远小于,该PN结电流-电压关系式的表达形式将简化为什么形式?(3)推导流过上述PN结的总电流中和这两个电流分量之比的表达式?(4)如果希望提高比值, 应该如何调整掺杂浓度和的大小?解: （两个区域可以分别采用两个坐标系，将坐标原点分别位于势垒区两个边界处，可以大大简化推导过程中的表达式）(1)分析的总体思路为: 再分别解N,P区少子连续性方程,求出和.a)在稳态时,在N区内部,少子空穴的连续性方程为:小注入时,项可以略去,故解此方程得通解为:其中,扩散长度.边界条件为: 时,; 时,由边界条件求出系数可得解的结果为: (1.1)b)同理,在N区少子空穴的连续性方程的通解为:其中,扩散长度.边界条件为(以结区与P区的界面处作为坐标原点, 以从结区向P区的方向作为正方向): 时, ; 时,;由边界条件求出系数A,B可得解的结果为: (1.2) (1.3)综合a,b. 有：(2)由于,所以有:和 , 于是, (1.2)式可简化为: (1.4)于是,由(1.1)式和(1.4)式得: (3)由(1.4)式和(1.1)式可得:由于,. 且, .于是:(4) 可以通过增大或减小或减小或增大来提高比值.2、A step pn junction diode is made in silicon with the n side having and the p side having a net doping of . Please estimate the ratio of the generation current to the diffusion current under the reverse bias of 5V.It is known that, for the minority carrier, , , .SolutionThe built-in potential barrier is determined asSo the space charge width is determined asSo that (2.1)The ideal reverse saturation current density is given bywhich may be rewritten asSubstituting the parameters, we obtain (2.2)With equation(2.1) and equation(2.2), we can obtain3 已知描述二极管直流特性的三个电流参数是A、A、0.1A。请采用半对数坐标纸，绘制正偏情况下理想模型电流，势垒区复合电流和特大注入电流这三种电流表达式的IV曲线，并在此基础上绘制实际二极管电流随电压变化的曲线。（提示：特大注入条件下，其中） 解：理想PN结模型电流电压方程：；A。正偏时势垒区复合电流：；A。大注入电流：；0.1A。4、A one-sided step junction diode with Na = has a junction area of 100.It is known that, for the minority carrier, .(1) Please compare the junction capacitance and the diffusion capacitance under reverse bias ();(2) Compare the junction capacitance and the diffusion capacitance under forward bias ();解：(1)在反偏电压的情况下，对于单边突变结（）的势垒电容有：其中：为介电常数，为自建电势，为轻掺杂一侧的杂质浓度，S为结面积； ， ； ，所以：单位面积的势垒电容 势垒电容 在电压反偏情况下，对于单边突变结（）的扩散电容有：= 其中： ，由于 ，单位面积的扩散电容： 扩散电容 答案应该是10-25F。（2）在正偏电压的情况下，由于势垒区很窄，耗尽近似不再成立，一般近似认为此时的单位面积的势垒电容为零偏压时的单位面积的势垒电容的四倍，即： 因此：对于单边突变结（）的势垒电容有：=其中：为介电常数，为自建电势，为轻掺杂一侧的杂质浓度； ； ，所以：单位面积的势垒电容 势垒电容 在电压正偏情况下，对于单边突变结（）的扩散电容有：= 其中： ，由于 ，单位面积的扩散电容 扩散电容 5、已知300K的PN结的，正向直流偏置为；（1）计算小信号电导g；（2）若在直流偏置的基础上，电压的增益为1mv、5mv、10mv、26mv，请分别采用下面两种方法，计算电流的变化量，并且根据计算的结果说明“小信号”的条件。方法一：采用小信号电导公式；方法二：直接采用计算电流增益的表达式： 解：（1）根据小信号电导的定义有： 由于： -（a）令 对（a）求导有： -（b）将数据常温下的代入公式（b），有：（2）方法一：对于g = ，有：当时， A当时， 当时， A当时， 方法二： 当时，有： 当时，有：当时，有：当时，有：分析以上数据得“小信号”的条件是：；6已知如右图所示的脉冲信号通过电阻R加在PN结两端，请绘PN结上的电压以及流过PN结的电流随时间变化的曲线示意图（假设脉宽远大于开关时间）。解：1. 若不给自己设限，则人生中就没有限制你发挥的藩篱。2. 若不是心宽似海，哪有人生风平浪静。在纷杂的尘世里，为自己留下一片纯静的心灵空间，不管是潮起潮落，也不管是阴晴圆缺，你都可以免去浮躁，义无反顾，勇往直前，轻松自如地走好人生路上的每一步3. 花一些时间，总会看清一些事。用一些事情，总会看清一些人。有时候觉得自己像个神经病。既纠结了自己，又打扰了别人。努力过后，才知道许多事情，坚持坚持，就过来了。4. 岁