半导体器件物理半器纲要及历年题目

.二[20分]PN)II0PN结扩散区内的载流子产生电流。三[10分]双极结型晶体管E-M方程为：F RE eVEVT1 F RE FFFFC根据以上给出BJT四种模式下E-M方程的具体形式。四[10分]一个N沟MOSFET： ZnCo(V )V Z15m,L2m,C06.9108F/cm2.性区，固定 DVG1.5V时,ID35A;VG2.5V时ID75A。根据以上实验求沟道内载流子迁移率 ZnC0(V 五[15分]一N沟GaAsNC4.71017cm3

b0.9V,Nd21015cm3,a

2k0q1.61019C08.851012Fm，GaAsks六[15分]PN二极管受到一个光源的均匀照射，所引起的电子-空穴产生速率为GL

GP(P(eV/VT1)

Dp)ex/LP

l ILqGL(LnLpA.答：1.GaP中掺入氮时，氮可能取代晶格上的磷原子。氮和磷都是V族元素，它们的价电子数相同，因此称N为等电子杂质。它可以俘获电子。形成电子的束缚状态—等电子陷阱。氮俘获电子以后，又因库仑作用而俘获空穴俘获的电子和空穴形成激子。这种激子通过辐射复合时，在室温下发射波长入=570nm绿光。GaP掺入锌和氧后，Zn原子一般占据晶格中Ga的位置，而O则占据P的位置。由GaP的晶格结构可以看出，GaP处于相邻位置。ZnO取代后必然处于相邻的位置。于是形成了ZnO对等电子陷阱。由于氧原子是电子亲合力强的原子，即使处于阳性原子Zn的最近邻位置也能俘获电子。俘获电子后ZnO对便带负电，由于库仑力又去俘获空穴，从而形成激子。激子复合便发出红色辐射。在这种器件中，在GaAs二极管的顶面上生长一附加的AlGaAs层，因为AlGaAs材料的禁带宽度大于GaAs的禁带宽度，所以发射的光子不会被附加层所吸收。与此同时，在AlGaAsGaAs界面上的复合中心密度显著的低于没有AlGaAsGaAs表面的复合中心密度。因而，距离界面的结深可以做得很小。从而有效地提高了量子效率。耗尽层电容是由PN结空间电荷随PN结外加偏压变化而引起的。扩散电容是PN结电荷引起的。在PN结反偏情况下前者起主要作用，后者可以忽略。在PN结正偏情况下后者起主要作用，而前者可以忽略。由于势垒具有快速开关响应，因而可以把它和NPN晶体管的集电极基极结并联连接，如图4-13a所示，以减小晶体管的时间。当晶体管饱和时，集电结被正向偏置约达0.5V。若在二极管上的正向压降（一般为0.3V低于晶体管基极集电极的开态电压，则大部分过量基极电流流过二极管，该二极管没有少数载流子效应。因此，与单独的晶体管相比较，合成器件的时间得到显著的降低。测得的时间可以低于1ns。在基极开路情况下，随着VCE的增加，集电结的空间电荷区将展宽。很可能在发生雪崩击穿之前集电结的空间电荷区就已经扩展到了发射结。这种现象叫做基区穿通。基区穿通时晶体管击穿。常称这种击穿为穿通击穿。以NPN晶体管为例。基区穿通时发射区和集电区被连接成好象续空间电荷区。基区穿通时发射结处的势垒被集电结电压降低了V。结果是，使得大的发射极电流得以在晶体管当中流过并发生击穿。解：1.xnx p nn n00 p p-p=Ke-xLp+Ke x=w p- =

p- Kex -p=Ke-xn

(K2 K=-pexnLp代入（1 p-p=-pe-(x-xn n- =-ne(x+xp

xp nQ=qAw(p-

wn-pe-(x-xn)Lpn nQn=qALnnp0 。Qn>0说明电荷是正的（电子被抽取，出现正的电离施假 p=Qp=-p,n=-Qn=- LA LA U

U

U0，可见G=-U0pn0

I=-I=-qA(pn0L+np0L FE FER FF 1 根据以上给出BJT四种模式下E-M方程的具体形式。解：正向有源模式 FI eVE F

I eVEVT1I F FF F RR FF RI F RR FF R饱和模式

I eVCVT1 FE eVEVT1 eVCVT1FER FF R截止模式IEIF0RIR0ICFIF0IR0[10分]N ZnCo(V )V Z15m,L2m,C06.9108F/cm2.性区，固定 DVG1.5V时,ID35A;VG2.5V时ID75A。根据以上实验求沟道内载流子迁移率 ZnC0(V

ZnC0

ZnC0 VD G 751063510615

n773cm2/VVTH0.625V（G1，1（，2） ZnC0 Z )2Z n0D

G TH2D G 五[15分]N沟GaAsMESFET,b0.9VNd21015cm3a0.6mLZ10mNC4.71017cm3计算0和Vp0

2k0q1.61019C08.851012Fm，GaAsks VVln(c)0.0259ln 21015 Vp0

d0六[15分PN二极管受到一个光源的均匀照射，所引起的电子-空穴产生速率为G

L GL

(eV/VT1)

lp)el

x/Lp lILqGL(LnLp)解：1:

x0

pPNn n0GPNpdx

0

Ld2(ppnoGLp pnpnoG LLpdx LpLpDpp Kex/LpKex/LpG Lx0,ppeV Kp(eV/VT1)G L L2 Gpp P(eV/VT1)Gpex/xpL

Dp

V/V

2x'/LG

npV

np0

T

n LDn n(eVT1)Gex/LpGp L L qAD I(x) n pP(eVT1)Gex/

L qAD I(x) p n (eVT1)Gex/ n

p L

D D II(0)I(0) pno np0)(eVT1)qAG(LL

.