《半导体物理学》习题库完整

第1章思考题和习题

1. 300K时硅的晶格常数a=5.43?，求每个晶胞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E i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、300K、473K 3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E FN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E FP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3×1016cm-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？

（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(E i为参考)的位置示意图。

（d）画出平衡下的能带图，标出E C、E V、E FP、E i能级的位置，在此基础上再画出光注入时，E FP’和E FN’，并说明偏离E FP的程度是不同的。

12. 室温下施主杂质浓度N D=4×1015 cm-3的N型半导体，测得载流子迁移率μn=1050cm2/V·s，μp=400 cm2/V·s, κT/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。

5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U D表达式。

7．简述正反向PN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N D=1×1015/cm3，在扩散温度为1180℃下硼在硅中的扩

散系数D=1.5×10-12cm 2/s ，扩散时间t=30min ，扩散结深X j =2.7μm 。

试求：①扩散层表面杂质浓度N s ？②结深处的浓度梯度a j ？③接触电

势差U D ？

19. 有两个硅PN 结，其中一个结的杂质浓度cm

N D 315105-?=,cm N A 317105-?=;另一个结的cm N D 319105-?=，cm N A 3

17105-?=，求室温下两个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 时的建电场，cm N A 31810-=，cm N D 3

1510-=。

21. 已知硅PN 结：,10,105316316cm N cm N D A --=?=s cm D n 221=，cm D P 210=，,1057s n P -?==ττ截面积cm A 24102-?=，求

①理想饱和电流J 0？

②外加正向电压为V 5.0时的正向电流密度J ？

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,τττp n g

==计算V 4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300V 时的最大电场强度。

24. 对于一个浓度梯度为cm 42010-的硅线性缓变结，耗尽层宽度为m μ5.0。计算最大电场强度和结的总电压降。

25. 一硅P +N 结，其cm N cm N D A 31531910,10--==，面积

,10123cm A -?=计算反向偏压U 分别等于V 5和V 10的么势垒电容C T 、空间电荷区宽度X M 和最大电场强度E M 。

26. 计算硅P +N 结的击穿电压，其cm N D 3

1610-=（利用简化式）。

27. 在衬底杂质浓度cm N D 3

16105-?=的N 型硅晶片上进行硼扩散，形成

PN 结,硼扩散后的表面浓度,10318cm N S -=结深m μ5X j =。试求结深处的浓度梯度a j ，施加反向偏压V 5时的单位面积势垒电容和击穿电压U B 。

28. 设计一P +N 突变结二极管。其反向电压为V 130，且正向偏压为

V 7.0时的正向电流为mA 2.2。并假设s p 1070-=τ。

29. 一硅P +N 结，cm N D 31510-=，求击穿时的耗尽层宽度，若N 区减小

到m μ5计算击穿电压并进行比较。

30. 一个理想的硅突变结cm N cm N D A 31531810,10--==，求①计算K 250、

K 300、K 400、K 500下的建电场U D ，并画出U D 对温度T 的关系曲线。②用能带图讨论所得结果。③求K 300下零偏压的耗尽层宽度和最大电场。

第3章 思考题和习题

1. 画出PNP 晶体管在平衡和有源工作模式下的能带图和少子分布示意图。

2. 画出正偏置的NPN 晶体管载流子输运过程示意图，并解释电流传输和转换机理。

3. 解释发射效率γ0和基区输运系数β0＊的物理意义。

4. 解释晶体管共基极直流电流放大系数α０，共发射极直流电流放大

系数β０的含义，并写出α０、β０、γ0和β0＊的关系式。

5. 什么叫均匀基层晶体管和缓变基区晶体管？两者在工作原理上有什么不同？

6. 画出晶体管共基极、共发射机直流输出、输出特性曲线、并讨论

它们之间的异同。

7. 晶体管的反向电流ＩＣＢＯ、ＩＥＢＯ、ＩＣＥＯ是如何定义的？写出ＩＣ

之间的关系式并加以讨论。

ＥＯ与ＩＣＢＯ

8. 晶体管的反向击穿电压ＢＵＣＢＯ、ＢＵＣＥＯ、ＢＵＥＢＯ是如何定义的？写出ＢＵＣＥＯ与ＢＵＣＢＯ之间的关系式，并加以讨论。

9. 高频时晶体管电流放大系数下降的原因是什么？

10. 描写晶体管的频率参数主要有哪些？它们分别的含义是什么？

11. 影响特征频率ｆＴ的因素是什么？如何特征频率ｆＴ？

12. 画出晶体管共基极高频等效电路图和共发射极高频等效电路图。

13. 大电流时晶体管的β０、ｆＴ下降的主要原因是什么？

14. 简要叙述大注入效应、基区扩展效应、发射极电流集边效应的机理。

15. 什么叫晶体管最大耗散功率ＰＣＭ？它与哪些因素有关？如何减少晶体管热阻ＲＴ？

16. 画出晶体管的开关波形，图中注明延迟时间τｄ、上升时间ｔｒ、储存时间ｔｓ、下降时间ｔｆ，并解释其物理意义。

17. 解释晶体管的饱和状态、截止状态、临界饱和和深饱和的物理意义。

18. 以ＮＰＮ硅平面为例，当发射结正偏、集电结反偏状态下，分别说明从发射极进入的电子流，在晶体管的发射区、发射结势垒区、基区、集电结势垒和集电区的传输过程中，以什么运动形式（指扩散或漂移）为主。

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