功率器件习题(共7页)

1、第一章1-1（功率半导体分立(fn l)器件的分类。）答：晶体管transistor、整流器 rectifier、可控晶闸管 thyristor1-2、please list the name of popular power switch。(常用的功率(gngl)开关) 答：功率开关(kigun)包括功率晶体管（power MOSFET 、IGBT、Bipolar device ）和整流器。1-3、Define the ideal power semiconductor device。（定义理想的功率半导体器件）答：理想的功率半导体器件是要求在功率输出时损耗为零，即开态时压降为0，关态时电流

2、为0。1-5、list the devic name you known that has the normally-off performance？（那些器件具有常关特性）答：n-MOS、IGBT、VDMOS、Trench MOS等n沟道器件都是常关的。1-6.which is the preferable for normal system ?normally-on device or normally -off ? give the reason.答:常关器件更为常用。因为在不加栅压时常开器件电流为0而常开器件的电流不为0。并且在栅控电路无法工作时及时的阻止电流流向负载是很重要的。所以常

3、关器件更便于控制。1-7、list the international semiconductor company name you know the product the power semiconductor devices 。答:Infineon、 MitsubishiElectric、Toshiba、Sanken、STMicro、InternationRectifier FujiElectric、RenesasOnsemi、Fairchild ,Semikron, Vishay, NXP、Shindengen 、Alpha&Omega第二章 (结击穿和结终端技术）1、what is

4、meant by impact ionization coefficient of hole(electron)?什么是空穴（电子）的碰撞电离率？答：空穴（电子）的碰撞电离率()是每个空穴(电子）在耗尽层内沿着电场方向运动1cm通过碰撞电离所产生的电子-空穴对数。2、what is a plane junction?什么是平面结答：平面结是各种pn结中最简单的形式，也叫平行平面结，一维二极管或理想pn结，平面结没有边界，具有一维性质的电场。3、define the punch-through diode structure. 定义穿通(chun tn)二极管结构答：穿通结构在低掺杂浓度一侧连有

5、一高掺杂区域，低掺杂一侧的厚度小于击穿时耗尽区的最大宽度(kund)，其一般是P+N-N+结构(jigu)。4、why does the impact ionization coefficient increase with the increasing of the electric field and it decrease with the increasing of temperature.为什么碰撞电离率随着电场的增大而增大，随着温度的升高而减小？答： 为载流子在很高的电场下运动所获得的能量，当达到一定值时，便会发生碰撞电离，电场越大，增加也越快，单位距离内通过碰撞电离产生的电子-空

6、穴对也越多，所以碰撞电离率越大，温度升高时，半导体晶格振动加强，载流子与晶格碰撞损失的能量也增加，从电场积累能量的速率变慢。5、解释此公式的物理效应。答：假设=的情况下，当碰撞电离率在势垒区的积分达到1时，将发生雪崩击穿。6、Which structure has the largest breakdown voltage under the same junction depth:plane junction,cylindrical junction and spherical junction?在结深相同的情况下，平面结柱面结球面结，哪个击穿电压最大？答：平面结最大 平面结是理想情况，没有

7、边缘效应，圆柱结和球面结的边缘部分限制了器件的击穿电压，因为边缘部分的曲率大，电场更强，击穿电压变小，更易于击穿7、Explain the affect of non-uniform oxide layer in the field plate design 场板设计中，非均匀氧化层的影响答：在pn结的曲面处，氧化层厚度较薄，引入更多的附加电荷，减小了冶金结处的峰值电场，在场板的边缘，氧化侧较厚，引入额外电荷少，形成的附加电场的峰值也相应会变低，同时降低了冶金结和场板边缘的击穿电压。第三章： Power Diodes1、Define the high-level injection答：所谓大注

8、入，就是注入到半导体中的非平衡少数(shosh)载流子浓度接近或者超过原来的平衡多数载流子浓度（掺杂浓度）时的一种情况。对于PIN，当注入(zh r)到N区的载流子浓度(nngd)超过N区相对低的掺杂浓度时，这种情况称为大注入（对于PiN，一般由P+NN+组成，N为i）2、Define the conductivity modulation 定义电导调制（本质上是由于大注入引起的）答：当PN结上流过的正向电流较大时，注入并积累在低掺杂N区的少子空穴浓度将很大，为了维持半导体中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，使得其电阻率明显下降，也就是电导率大大增加，这就是电导调制效应。对于PiN，在开态时

9、，少数载流子空穴从P+区注入本征区，电子从N+区注入本征区，为了保持电中性条件，注入的电子和空穴数量上相等，这种注入高浓度空穴和电子进入本征区的现象叫作电导调制。这种现象对PIN特别重要，使i区的电阻大大降低，从而使PIN在低正向导通压降下就可以传输很大的电流。3、What is the overshoot of the power PiN rectifiers 什么是功率PiN整流器的过冲？答：当一个PiN二极管开启时，如果电流变化过快（di/dt较大），它的正向压降开始时会超过在稳态时传输相同电流时的压降，这种现象称为正向电压过冲。产生原因：正向电压过冲是由于高阻中性区的出现产生的。在正常

10、电流导通时，载流子的注入极大地减小了中性区的电阻，然而在整流器开启时，由于电流变化过快，电流的上升速度比载流子注入的快，就会产生一个短暂的比较高的压降在中性区，直到载流子完全注入中性区。4、Explain why the Si Schottky diode cannot operate at high-voltage condition?解释为什么硅基肖特基二极管不能在高压下工作答：硅基肖特基二极管的反向泄漏电流比较大，而且随着温度的升高而增大，反向阻断特性也比较差5、which structure has the higher leakage current ,Schottky diode

11、or PiN diode?Why?肖特基二极管和PiN二极管哪个泄漏电流更大答：肖特基二极管更大， 势垒较低，反向泄漏电流具有正温度特性，随着温度升高急剧增大6、Drawing out the structure of JBS and describing its operation mechanism画出JBS结构和它的工作机理（JBS：the Junction Barrier controlled Schottry rectifier)答：在反向(fn xin)阻断状态，耗尽层夹断后，在两个格子（P+）间会形成势垒，当反向(fn xin)电压继续增大，耗尽层扩展到N+衬底后，多余的偏压将会

12、降在这个势垒上，因此这个势垒保护(boh)了肖特基接触，使其不会承受高压。这种保护使JBS避免了像肖特基二极管那样大的泄漏电流。在正向工作时，在肖特基势垒下，电流有多个导通沟道，由于泄露电流的减小，JBS的势垒高度比传统的肖特基二极管要低，这样，在保持相同的阻断特性下，JBS的正向导通压降会更低第四章：功率半导体器件1、What the meant by reach through breakdown (or punch through breakdown)? 什么叫穿通击穿？答：在集电极之间加高电压时，集电极耗尽区展宽，当集电极耗尽区展宽到与发射极相接时便发生了穿通。发生穿通之后，B-E结势

13、垒变低，因此C-B结电压稍有增加，B-E结便可产生大电流。这就是穿通击穿现象。2、什么是BVCBO和BVCEO？答：BVCBO：发射极开路，集电极与基极之间的击穿电压。开发射极击穿电压 BVCEO：基极开路，集电极与发射极之间的击穿电压。开基极击穿电压3、The collector efficiency under what condition is much larger than unit?集电极效率在什么情况下远大于1？答：当集电极电压与雪崩倍增电压相仿时，集电极效率远大于1.4、为什么功率BJT能够在饱和区能在大电流下工作？答：在饱和区时，发射极和集电极均正偏，此时发生大注入效应（电导

14、调制）效应，电阻降低，因此便能够在大电流下工作。5、设计功率BJT（power BJT）的基区时需要考虑什么？（1）、基区掺杂（基区掺杂浓度越高，放大倍数越小，频率响应越好，击穿电压低）（2）、基区宽度（基区宽度越大，放大倍数越小，自动增益控制好，频率响应差，击穿电压高）这两个都存在trade off（折中）6、为什么 ICEOICBO?答：两者的关系(gun x)可表示为： ICEO=(1+)ICBO，可根据(gnj)公式推导和叠加原理得到。7、解释(jish)高压BJT通常电流增益较小的原因？答：高压BJT要求有长的轻掺杂的集电极漂移区，这样的集电极具有高的电阻。高的集电极漂移区电阻使准静

15、态饱和区增大，这便增加了电流传导时的能量耗散。并且，高集电极电阻能使基区扩展效应在低电流密度下发生。这些因素都使得高压BJT的电流增益较小。8、解释高压BJT通常有长的集电极漂移区的原因？答：因为需要承受高压，而这高的电压是由集电极来承担的。因此设计用长的轻掺杂的集电极漂移区来承受高压。第五章：功率半导体器件5-1、什么是晶闸管？它是由一个P-N-P-N四层 (4 layers) 半导体构成的，中间形成了三个PN结。5-2、什么是晶闸管的维持电流？维持电流是晶闸管通态的一个重要特性参数，指器件维持导通状态的最小阳极电流。大于维持电流，器件导通。小于维持电流，器件截止。5-6、晶闸管的导通、截止

16、的条件？ npn+pnp1导通；npn+pnp1截止。第六章：功率半导体器件6-1、 what is meant by the on-resistance and specific on-resistance of the power mosfet? 答：导通电阻是表征功率器件导通损耗的重要参数，它是器件源漏两端之间的等效电阻。而specific on-resistance 是功率器件设计中更为可取的一个参数，他定义为单位面积的导通电阻。 Ronsp=RonA 6-7.why original power MOSFET cannot operate at the high-voltage ap

17、plication.答：传统的功率器件的导通电阻随电压的增加急剧增加,损耗增大。一般适用于耐压小于600的应用。现在的解决办法时采用CoolMOSFET(即super-junction)，他的导通电阻为传统MOSFET的1/5，所以能实现高耐压。6-12、 for which device the JFET effect has large effect to its characteristics, high-voltage device or low voltage device。答：JFET效应在高压器件中更为明显。在高压时，导通电阻(dinz)主要由漏区电阻和JFET电阻组成，低压时导

18、通电阻是主要由积分电阻和沟道电阻组成。6-19、drawing out the process sequence of a trench gate mosfet 。第七章：功率(gngl)半导体器件7-1、IGBT中的寄生(jshng)晶匣管效应是什么?答：N+区相当于晶匣管的阴极。如图，当IGBT工作时，空穴有J1结注入，积聚在J2结。当这些空穴流入发射级时，在p-base区产生一个压降。当导通的电流足够大时，J3便正偏了，这便使寄生的SCR（晶匣管）导通，发生闩锁。 闩锁的条件是，npn+pnp=17-2、请画出IGBT的结构并描述其工作机理 答：（p250图如上）给栅极加一个大于DMOS( IGBT上半部分是一个DMOS )阈值电压的正向偏压,使DMOS导通。给集电极加一个正向偏压，这样就有电子从N+发射区经p-base的