半导体器件-第6章习题
《半导体物理与器件》习题库
《半导体物理与器件》习题库目录《半导体物理与器件》习题库 (1)第1章思考题和习题 (2)第2章思考题和习题 (3)第3章思考题和习题 (6)第4章思考题和习题 (10)第5章半导体器件制备技术 (12)第6章Ga在SiO2/Si结构下的开管掺杂 (13)第1章思考题和习题1. 300K时硅的晶格常数a=5.43Å，求每个晶胞内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。
半导体物理与器件习题
半导体物理与器件习题目录半导体物理与器件习题 (1)一、第一章固体晶格结构 (2)二、第二章量子力学初步 (2)三、第三章固体量子理论初步 (2)四、第四章平衡半导体 (3)五、第五章载流子输运现象 (5)六、第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (5)七、第七章pn结 (6)八、第八章pn结二极管 (6)九、第九章金属半导体和半导体异质结 (7)十、第十章双极晶体管 (7)十一、第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (8)十二、第十二章MOSFET概念的深入 (9)十三、第十三章结型场效应晶体管 (9)一、第一章固体晶格结构1．如图是金刚石结构晶胞，若a 是其晶格常数，则其原子密度是。
2．所有晶体都有的一类缺陷是：原子的热振动，另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。
3．半导体的电阻率为10-3～109Ωcm。
4．什么是晶体？晶体主要分几类？5．什么是掺杂？常用的掺杂方法有哪些？答：为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。
常用的掺杂方法有扩散和离子注入。
6．什么是替位杂质？什么是填隙杂质？7．什么是晶格？什么是原胞、晶胞？二、第二章量子力学初步1．量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。
2．什么是概率密度函数？3．描述原子中的电子的四个量子数是：、、、。
三、第三章固体量子理论初步1．能带的基本概念◼能带（energy band）包括允带和禁带。
◼允带（allowed band）：允许电子能量存在的能量范围。
◼禁带（forbidden band）：不允许电子存在的能量范围。
◼允带又分为空带、满带、导带、价带。
◼空带（empty band）：不被电子占据的允带。
◼满带（filled band）：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。
导带：有电子能够参与导电的能带，但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。
价带:由价电子形成的能带，但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。
半导体物理_第六章
第6章
半导体中的非平衡过剩载流子
本章学习要点： 1. 掌握过剩载流子产生与复合的概念； 2. 掌握描述过剩载流子运动特性的连续性方程及扩散 方程； 3. 掌握双极输运方程及其典型的应用实例； 4. 建立准费米能级的概念； 5. 了解分析过剩载流子的复合过程及其寿命； 6. 了解表面效应对过剩载流子复合的影响。
过剩载流子的产生 当有外界激发条件（如光照）时，会把半导体价带中的 电子激发至导带，从而在导带中产生导电电子，同时也 会在价带中产生导电空穴，即受到外部激励时，半导体 材料相对于热平衡状态额外产生了电子－空穴对。 额外产生的电子------过剩电子 额外产生的空穴------过剩空穴
过剩电子的产生率为：gn′ 过剩空穴的产生率为：gp′ 单位---cm-3·s-1 对于导带与价带之间的直接产生过程来说，过剩 电子和过剩空穴也是成对产生的，因此有：
如果半导体材料受到外部的激励(如温度的突然 升高），那么在原来热平衡浓度的基础上，会增加额 外的导带电子和价带空穴----非平衡过剩载流子，过 剩载流子是半导体器件工作的基础。 本章重点学习描述非平衡过剩载流子随空间位置 和时间变化状态---双极输运方程，这是研究分析PN 结和双极型晶体管特性的基础。
在小注入条件下，对于N型半导体材料少数载流子空 穴的浓度将以时间常数η p0进行衰减，且
η
p0：过剩少数载流子空穴的寿命。
多数载流子电子和少数载流子空穴的复合率也完全相 等，即：
《半导体光电学》课后习题
《半导体光电学》课后习题第一章半导体中光子-电子的相互作用思考与习题1、在半导体中有哪几种与光有关的跃迁，利用这些光跃迁可制造出哪些类型的半导体光电子学期间。
2、为什么半导体锗、硅不能用作为半导体激光器的有源介质，面却是常用的光探测器材料？3、用量子力学理论证明直接带隙跃迁与间接带隙跃迁半导体相比其跃迁几率大。
4、什么叫跃迁的K选择定则？它对电子在能带间的跃迁速率产生什么影响？5、影响光跃迁速率的因素有哪些？6、推导伯纳德-杜拉福格条件，并说明其物理意义。
7、比较求电子态密度与光子态密度的方法与步骤的异同点。
8、在半导体中重掺杂对能带结构、电子态密度、带隙、跃迁几率等带来什么影响？9、什么叫俄歇复合？俄歇复合速率与哪些因素有关？为什么在GaInAsP/InP等长波长激光器中，俄歇复合是影响其阀值电流密度、温度稳定性与可靠性的重要原因？10、比较严格k选择定则与其受到松弛情况下增益-电流特性的区别。
11、带尾的存在对半导体有源介质增益特性产生哪些影响？12、证明式（1.7-20）。
13、说明图1.7-5和图1.7-6所依据的假设有何不同？并说明它们各自的局限性。
第二章异质结思考与习题1、什么是半导体异质结？异质结在半导体光电子器件中有哪些作用？2、若异质结由n型（E∅1，χ1，ϕ1）和P型半导体（E∅2，χ2，ϕ2）结构，并有E∅1<E∅2，χ1>χ2，ϕ1<ϕ2，试画出np 能带图。
3、同型异质结的空间电荷区是怎么形成的？它与异质结的空间电荷形成机理有何区别？4、推导出pn 异质结结电容C j 与所加正向偏压的关系，C j 的大小时半导体光电子器件的应用产生什么影响？5、用弗伽定律计算Ga 1−x Al x As 半导体当x=0.4时的晶格常数，并求出GaAs 的晶格失配率。
6、探讨在Si 衬底上生GaAs 异质结的可能性。
7、用Ga 1−x Al x As 半导体作为激射波长为0.78μm 可且光激光器的有源材料，计算其中AlAs 的含量。
《电路与电子技术基础》答案
《电路与电子技术基础》作业答案第1章电路分析的基本概念---作业题1-1题1-3题1-6第2章电路分析定理和基本方法---作业一、第3章时域电路分析---作业第4章正弦稳态电路分析---作业第5章互感与理想变压器---作业第6章半导体器件---作业1、6.5（a）D1导通，U AB= -0.7V(b) D2导通，U AB= -5.3V2、6.9 D Z1导通，U o=0.7V3、6.12 U BE>0，I B>0；U CE>04、6.13 电流放大作用，i C=βi B，i E= i B+i C=i B(β+1)=( i C/β)*( β+1)5、6.16 （1）在截止区（2）U ce= 3.5V 工作在放大区（3）U ce= -1.5V 工作在反偏状态，在饱和区第7章半导体三极管放大电路---作业书上习题：1、7.22、7.3 （1） R B =565 K Ω ，R C =3 K Ω（2） A u == -120 ，U o =0.3V3、7.4 Q 点:Ω≈≈≈k r m A I A μ I be CQ BQ 3.176.122Ω==-≈Ω≈-≈≈k R R A k R A V U c o usi uCEQ 5933.13082.6 空载时：471153.25-≈-≈≈Ω=usuCEQ L A A V U k R 时：Ω==Ω≈k R R k R c o i 53.1第8章集成运算放大电路---作业1、 书上习题8.3 u O = u O1-0.6= -(R f /R 1)u i -0.6 V2、 书上习题8.5 u O =-1VI L =-100μAI O =110μA3补充：)()(200112t u t t u u O i O +-=－4补充：o f f I R R R R I ∙∙++≈414o f f f I R R R R R R I V ∙∙∙++≈=41411电流串联负反馈电路5补充：电压串联负反馈电路6补充:o f f I R R R I ∙∙+≈55 电流并联负反馈电路第9章波形发生电路---作业1 改错：2、3、书上习题9.2习题图9.2（a）习题图9.2（b）第10章直流稳压电源---作业书上习题1、 10.8 （1）U o =ZD U ＝10V I o ＝10 mAI =14 mAZ D I =4 mA（2）I ＝ I o ＝16 mAU o =10VD 没反向工作， Z D I =0 mA2、 10.123、补充：A 5.4)1( 'O 12L 'O 12C =⋅+≈⋅≈I R R I I R R I。
半导体物理与器件 第6章
式中， E Fm 表示金属的费米能级，下标 m 表示金属。
图 6.1 金属的功函数
功函数标志着金属中的电子摆脱金属的束缚所需要的能 量，表 6.1 为几种常见金属的功函数。类似地，也可定义半 导体的功函数为半导体的费米能级与真空能级之差，即
图 6. 2 为半导体的功函数，图 6. 2 中出现的 E Fs 表示半 导体的费米能级， χ 为半导体的电子亲和能，表示半导体导 带底的电子要逸出体外所需的最小能量。不同的半导体材料 具有不同的电子亲和能，表 6.2 中给出常见的几种半导体的 电子亲和能。半导体的功函数是随着半导体的掺杂浓度的变 化而变化的，但当材料的种类确定后，半导体的电子亲和能 则是定值，不随掺杂浓度的变化而改变。
6. 1 金属半导体接触
在这一节中将讨论金属和不同导电类型的半导体接触的 情况。
6. 1. 1 金属和半导体的功函数 金属和半导体类似，也存在自己的费米能级。在绝对零
度时，费米能级以下的所有能级都被电子所占据，而费米能 级以上的能级则是全空的。随着温度的升高，此时虽然有少 量电子通过热激发能获得能量跃迁到高于费米能级的地方， 但费米能级以下的所有能级几乎都被电子所占据，而费米能 级以上的能级几乎是全空的。因此，金属中的电子虽然可自 由运动，但它仍受金属的束缚。用 E 0 表示真空能级，金属 费米能级的位置如图 6.1 所示，其中定义金属费米能级与真 空能级 E 0的差为金属的功函数即
由于在金属和半导体接触的界面处，在接触前和接触后 各能级之间的关系没有发生变化，因此有
若金属与 N 型半导体接触，金属的功函数小于半导体 的功函数，则电子从金属向半导体流动，半导体一侧带负电， 金属一侧带正电，电场的方向是由带正电的金属指向带负电 的半导体，即电场是由半导体的表面指向体内。沿着电场的 方向就是电势降低的方向，乘以电子电量，就是电子电势能 增加的方向，因此从半导体表面到体内，能带向上弯，从半 导体体内向半导体表面看的话，能带是向下弯。此时在能带 弯曲的部分，积累了大量的电子，是一个高电导的区域，与 前面的阻挡层相对应，将其称为反阻挡层。其平衡时的能带 图如图 6.4所示。
最新半导体集成电路部分习题答案(朱正涌)
半导体集成电路部分习题答案(朱正涌)第1章 集成电路的基本制造工艺1.6 一般TTL 集成电路与集成运算放大器电路在选择外延层电阻率上有何区别?为什么?答：集成运算放大器电路的外延层电阻率比一般TTL 集成电路的外延层电阻率高。
第2章 集成电路中的晶体管及其寄生效应 复 习 思 考 题2.2 利用截锥体电阻公式，计算TTL “与非”门输出管的CS r ，其图形如图题2.2所示。
提示：先求截锥体的高度up BL epi mc jc epi T x x T T -----=- 然后利用公式： ba ab WL Tr c -•=/ln 1ρ ， 212••=--BL C E BL S C W L R rba ab WLTr c -•=/ln 3ρ 321C C C CS r r r r ++=注意：在计算W 、L 时, 应考虑横向扩散。
2.3 伴随一个横向PNP 器件产生两个寄生的PNP 晶体管，试问当横向PNP 器件在4种可能的偏置情况下，哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大? 答：当横向PNP 管处于饱和状态时，会使得寄生晶体管的影响最大。
2.8 试设计一个单基极、单发射极和单集电极的输出晶体管，要求其在20mA 的电流负载下，OL V ≤0.4V ，请在坐标纸上放大500倍画出其版图。
给出设计条件如下：答： 解题思路⑴由0I 、α求有效发射区周长Eeff L ； ⑵由设计条件画图①先画发射区引线孔；②由孔四边各距A D 画出发射区扩散孔； ③由A D 先画出基区扩散孔的三边； ④由B E D -画出基区引线孔； ⑤由A D 画出基区扩散孔的另一边； ⑥由A D 先画出外延岛的三边； ⑦由C B D -画出集电极接触孔； ⑧由A D 画出外延岛的另一边； ⑨由I d 画出隔离槽的四周；⑩验证所画晶体管的CS r 是否满足V V OL 4.0≤的条件，若不满足，则要对所作的图进行修正，直至满足V V OL 4.0≤的条件。
半导体器件物理施敏答案
半导体器件物理施敏答案【篇一：施敏院士北京交通大学讲学】t>——《半导体器件物理》施敏 s.m.sze,男，美国籍，1936年出生。
台湾交通大学电子工程学系毫微米元件实验室教授，美国工程院院士，台湾中研院院士，中国工程院外籍院士，三次获诺贝尔奖提名。
学历：美国史坦福大学电机系博士（1963），美国华盛顿大学电机系硕士（1960），台湾大学电机系学士（1957）。
经历：美国贝尔实验室研究（1963-1989），交通大学电子工程系教授（1990-），交通大学电子与资讯研究中心主任（1990-1996），国科会国家毫微米元件实验室主任（1998-），中山学术奖（1969），ieee j.j.ebers奖（1993），美国国家工程院院士（1995）, 中国工程院外籍院士 (1998)。
现崩溃电压与能隙的关系，建立了微电子元件最高电场的指标等。
施敏院士在微电子科学技术方面的著作举世闻名，对半导体元件的发展和人才培养方面作出了重要贡献。
他的三本专著已在我国翻译出版，其中《physics of semiconductor devices》已翻译成六国文字，发行量逾百万册；他的著作广泛用作教科书与参考书。
由于他在微电子器件及在人才培养方面的杰出成就,1991年他得到了ieee 电子器件的最高荣誉奖（ebers奖），称他在电子元件领域做出了基础性及前瞻性贡献。
施敏院士多次来国内讲学，参加我国微电子器件研讨会；他对台湾微电子产业的发展，曾提出过有份量的建议。
主要论著：1. physics of semiconductor devices, 812 pages, wiley interscience, new york, 1969.2. physics of semiconductor devices, 2nd ed., 868 pages, wiley interscience, new york,1981.3. semiconductor devices: physics and technology, 523 pages, wiley, new york, 1985.4. semiconductor devices: physics and technology, 2nd ed., 564 pages, wiley, new york,2002.5. fundamentals of semiconductor fabrication, with g. may,305 pages, wiley, new york,20036. semiconductor devices: pioneering papers, 1003 pages, world scientific, singapore,1991.7. semiconductor sensors, 550 pages, wiley interscience, new york, 1994.8. ulsi technology, with c.y. chang,726 pages, mcgraw hill, new york, 1996.9. modern semiconductor device physics, 555 pages, wiley interscience, new york, 1998. 10. ulsi devices, with c.y. chang, 729 pages, wiley interscience, new york, 2000.课程内容及参考书：施敏教授此次来北京交通大学讲学的主要内容为《physics ofsemiconductor device》中的一、四、六章内容，具体内容如下：chapter 1: physics and properties of semiconductors1.1 introduction 1.2 crystal structure1.3 energy bands and energy gap1.4 carrier concentration at thermal equilibrium 1.5 carrier-transport phenomena1.6 phonon, optical, and thermal properties 1.7 heterojunctions and nanostructures 1.8 basic equations and exampleschapter 4: metal-insulator-semiconductor capacitors4.1 introduction4.2 ideal mis capacitor 4.3 silicon mos capacitorchapter 6: mosfets6.1 introduction6.2 basic device characteristics6.3 nonuniform doping and buried-channel device 6.4 device scaling and short-channel effects 6.5 mosfet structures 6.6 circuit applications6.7 nonvolatile memory devices 6.8 single-electron transistor iedm，iscc, symp. vlsi tech.等学术会议和期刊上的关于器件方面的最新文章教材：? s.m.sze, kwok k.ng《physics of semiconductordevice》,third edition参考书：? 半导体器件物理(第3版)(国外名校最新教材精选)(physics of semiconductordevices) 作者:(美国)(s.m.sze)施敏 (美国)(kwok k.ng)伍国珏译者:耿莉张瑞智施敏老师半导体器件物理课程时间安排半导体器件物理课程为期三周，每周六学时，上课时间和安排见课程表：北京交通大学联系人：李修函手机：138******** 邮件：lixiuhan@案2013~2014学年第一学期院系名称：电子信息工程学院课程名称：微电子器件基础教学时数： 48授课班级： 111092a,111092b主讲教师：徐荣辉三江学院教案编写规范教案是教师在钻研教材、了解学生、设计教学法等前期工作的基础上，经过周密策划而编制的关于课程教学活动的具体实施方案。
半导体物理与器件 第六章3
海因斯-肖克莱少子漂移迁移率实验 海因斯 肖克莱少子漂移迁移率实验
Vin d A n E0 V1 B V2
t=0时刻 时刻 输入脉冲
t=t0
t
x − µ p E0t = 0
d µp = E0t0
δp脉冲按少子迁移率 δp脉冲按少子迁移率 脉冲 沿着外加电场方向漂 沿着外加电场方向漂 移
t=t1 t
半导体物理与器件
Hale Waihona Puke 半导体物理与器件半导体物理与器件
§6.6 表面效应
在实际的半导体器件中，半导体材料不可能是无穷大的，总有 在实际的半导体器件中，半导体材料不可能是无穷大的 无穷大 一定的边界，因此表面（边界） 一定的边界，因此表面（边界）效应对半导体器件的特性具有 非常重要的影响。 非常重要的影响。 表面态 当一块半导体突然被中止时， 当一块半导体突然被中止时，表面理想的周期性晶格发生中 出现悬挂键（缺陷），从而导致禁带中出现电子态（ ），从而导致禁带中出现电子态 断，出现悬挂键（缺陷），从而导致禁带中出现电子态（能 ），该电子态称为表面态。通常位于禁带 该电子态称为表面态 禁带中 呈现为分立 级），该电子态称为表面态。通常位于禁带中，呈现为分立 的能级，可以起到复合中心的作用。SRH理论表明 复合中心的作用 理论表明， 的能级，可以起到复合中心的作用。SRH理论表明，过剩少 数载流子的寿命反比于复合中心的密度，由于表面复合中心 数载流子的寿命反比于复合中心的密度， 寿命反比于复合中心的密度 的密度远远大于体内复合中心的密度，因此表面过剩少数载 的密度远远大于体内复合中心的密度，因此表面过剩少数载 流子的寿命要远远低于体内过剩少数载流子的寿命 要远远低于体内过剩少数载流子的寿命。 流子的寿命要远远低于体内过剩少数载流子的寿命。
(完整版)第6章半导体二极管及其应用电路习题答案
6.1选择正确答案填入空内。
（1）在本征半导体中加入 A 元素可形成N 型半导体，加入 C 元素可形成P 型半导体。
A. 五价 B. 四价 C. 三价 （2）PN 结加正向电压时，空间电荷区将 A 。
A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽（3）设二极管的端电压为v D ，则二极管的电流方程是 c 。
A. D vI e S B. TD V v I eS C. )1e (S －T D V v I（4）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将 a 。
A. 增大 B. 不变 C. 减小 （5）稳压管的稳压区是其工作在 c 。
A. 正向导通B.反向截止C.反向击穿（6）稳压二极管稳压时，其工作在(c )，发光二极管发光时，其工作在( a )。
A ．正向导通区 B ．反向截止区 C ．反向击穿区 6.2将正确答案填入空内。
（1）图P 6.2（a ）所示电路中二极管为理想器件，则D 1工作在 状态，D 2工作在 状态，V A 为 V 。
解：截止，导通，-2.7 V 。
（2）在图P6.2(b)所示电路中稳压管2CW5的参数为：稳定电压V z = 12 V ，最大稳定电流I Zmax = 20 mA 。
图中电压表中流过的电流忽略不计。
当开关S 闭合时，电压表V 和电流表A 1、A 2的读数分别为 、 、 ；当开关S 断开时，其读数分别为 、 、 。
解：12 V ，12 mA ，6 mA ，12 V ，12 mA ，0 mA 。
6.3 电路如图P 6.3所示，已知v i ＝56sin ωt (v)，试画出v i 与v O 的波形。
设二极管正向导通电压可忽略不计。
6.4 电路如图P6.4所示，已知v i ＝5sin ωt (V)，二极管导通电压V D ＝0.7V 。
试画出电路的传输特性及v i 与v O 的波形，并标出幅值。
图P6.3 图P6.4_o+ 图P6.2 (a) 图P6.2 (b)D 1V i6.5 电路如图P6.5（a ）所示，其输入电压v i1和v i2的波形如图（b ）所示，二极管导通电压V D ＝0.7V 。
第6章半导体器件复习练习题
第6章半导体器件复习练习题一、填空题1．本征半导体中价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，留下一个空位称为空穴，它们分别带负电和正电，称为载流子。
2．在本征半导体中掺微量的五价元素，就称为N型半导体，其多数载流子是自由电子，少数载流子是空穴，它主要依靠多数载流子导电。
3．在本征半导体中掺微量的三价元素，就称为P型半导体，其多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子，它主要依靠多数载流子导电。
4．PN结加正向电压时，有较大的电流通过，其电阻较小，加反向电压时处于截止状态，这就是PN结的单向导电性。
5．在半导体二极管中，与P区相连的电极称为正极或阳极，与N区相连的电极称为负极或阴极。
6．晶体管工作在截止区的条件是：发射结反向偏置，集电结反向偏置。
7．晶体管工作在放大区的条件是：发射结正向偏置，集电结反向偏置。
8．晶体管工作在饱和区的条件是：发射结正向偏置，集电结正向偏置。
9．三极管I B、I C、I E之间的关系式是（I E＝I B＋I C），•I C/I B的比值叫直流电流放大系数，△I C/△I B的比值叫交流电流放大系数。
10．在电子技术中三极管的主要作用是：具有电流放大作用和开关作用。
11．若给三极管发射结施加反向电压，可使三极管处于可靠的截止状态。
12．已知某PNP型三极管处于放大状态，测得其三个电极的电位分别为-9V 、-6V和-6.2V，则三个电极分别为集电极、发射极和基极。
13．已知某NPN型三极管处于放大状态，测得其三个电极的电位分别为9V 、6V和6.2V，则三个电极分别为集电极、发射极和基极。
14．N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
15．P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。
16．给半导体PN结加正向电压时，电源的正极应接半导体的 P 区，电源的负极通过电阻接半导体的 N 区。
17．给半导体PN结加反向电压时，电源的正极应接半导体的 N 区，电源的负极通过电阻接半导体的 P 区。
第6章 半导体器件习题与解答
要判断D是否导通，可以以接地为参考点（电位零点），判断出D
开路时两端电位的高低，从而得知： ui <4V时，D截止uo= 4V； ui >4V时，D导通，uo = ui。 与 ui 对应的 uo 波形如右图所示：
6-16 试比较硅稳压管与普通二极管在结构和运用上有何异同？
解：硅稳压管与普通二极管在结构是一样的，都有一个PN结，引出两个电极，但由于
(a)
(b)
(c)
(d)
6-19 特性完全相同的稳压管 2CW15，UZ=8.2V，接成如题 6-20 图所示的电路，各电路输
出电压 Uo 是多少？电流 I 是多少？
(a)
(b)
(c)
(d)
题 6-19 图
解：由已知，稳压管的UZ =8.2V，正向压降0.7V，如果两个稳压管串联，Uo 为二者电
压之和，如果并联，因为二极管的钳位作用，Uo 为电压值较低的稳压管的电压，由此可得：
题 6-14 图
解：此题所考查的是电位的概念以及二极管应用的有关知识。假设图中二极管为理想二极
管，可以看出 A、B 两点电位的相对高低影响了 DA 和 DB 两个二极管的导通与关断。 当 A、B 两点的电位同时为 0 时，DA 和 DB 两个二极管的阳极和阴极（UY）两端电位 同时为 0V，因此均不能导通；当 UA＝5V，UB＝0V 时，DA 的阳极电位为 5V，阴极电位 为 0（接地） ，根据二极管的导通条件，DA 此时承受正向电压而导通，一旦 DA 导通， 则 UY＞0，从而使 DB 承受反向电压（UB＝0V）而截止；当 UA＝UB＝5V 时，即 DA 和 DB 的阳极电位为大小相同的高电位，所以两管同时导通，两个 1kΩ 的电阻为并联关系。 本题解答如下：
半导体器件物理习题
半导体器件物理习题第一章1 设晶体的某晶面与三个直角坐标轴的截距分别为2a,3a,4a,其中a 为晶格常数，求该晶面的密勒指数。
2 试推导价带中的有效态密度公式232]2[2h kT m N p V π=。
提示：价带中的一个状态被空穴占据的几率为1－F （E ），其中F （E ）为导带中电子占据能量E 的几率函数。
3 室温300K 下，硅的价带有效态密度为1.04×1019cm －3，砷化镓的为7×1018cm －3，求相应的空穴有效质量，并与自由电子的质量相比较。
4 计算在液氮温度下77K 、室温300K 及100℃下硅中Ei 的位置，设m p ＝0.5m 0，m n =0.3m 0。
并说明Ei 位于禁带中央的假设是否合理。
5 求300K 时下列两种情况下硅的电子和空穴浓度及费米能级：(a) 掺1×1016原子/cm 3的硼，(b) 掺3×1016原子/cm 3的硼及2.9×1016原子/cm 3的砷。
6 假定满足杂质完全电离的条件，求出在掺磷浓度分别为1015 、1017、1019原子/cm 3时，硅在室温下的费米能级。
根据计算结果得到的费米能级验证这三种情况下杂质完全电离的假设是否成立。
7 计算300K 时，迁移率为1000cm 2/Vs 的电子平均自由时间和平均自由程，设m n ＝0.26m 0。
8 在均匀n 型半导体样品的某一点注入少数载流子（空穴），样品的两端加50V/cm 的电场，电场使少数载流子在100μs 中运动1cm ，求少子的漂移速度和扩散系数。
9 求本征硅及本征砷化镓在300K 时的电阻率。
10 一不知掺杂浓度的样品硅，用霍耳测量得到下述的数据：W=0.05cm ，A=1.6×10－3cm 2，I=2.5mA ，磁场为30nT(1T=104Wb/cm 2)。
若测得霍耳电压为10mV ，求该半导体样品的霍耳系数、导电类型、多数载流子浓度、电阻率和迁移率。
半导体物理习题答案
半导体物理习题答案 The document was prepared on January 2, 2021第一章半导体中的电子状态例1.证明:对于能带中的电子，K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。
即：v(k)= －v(－k)，并解释为什么无外场时，晶体总电流等于零。
解：K状态电子的速度为：（1）同理，－K状态电子的速度则为：（2）从一维情况容易看出：（3）同理有：（4）（5）将式（3）（4）（5）代入式（2）后得：（6）利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关，即：E(k)=E(－k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同，且v(k)=－v(－k)故这两个状态上的电子电流相互抵消，晶体中总电流为零。
例2.已知一维晶体的电子能带可写成：式中，a为晶格常数。
试求：（1）能带的宽度；（2）能带底部和顶部电子的有效质量。
解：（1）由E(k)关系（1）（2）令得：当时，代入（2）得：对应E(k)的极小值。
当时，代入（2）得：对应E(k)的极大值。
根据上述结果，求得和即可求得能带宽度。
故：能带宽度（3）能带底部和顶部电子的有效质量：习题与思考题：1 什么叫本征激发温度越高，本征激发的载流子越多，为什么试定性说明之。
2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。
3 试指出空穴的主要特征。
4 简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。
5 某一维晶体的电子能带为其中E0=3eV，晶格常数a=5×10-11m。
求：（1）能带宽度；（2）能带底和能带顶的有效质量。
6原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同7晶体体积的大小对能级和能带有什么影响8描述半导体中电子运动为什么要引入“有效质量”的概念用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性9 一般来说，对应于高能级的能带较宽，而禁带较窄，是否如此为什么10有效质量对能带的宽度有什么影响有人说：“有效质量愈大，能量密度也愈大，因而能带愈窄。
半导体器件物理6章p-n结的电流-电压方程
我们定义：
则式(6.25)可以写成
(6.27)式称为理想二极管方程。它是在很大电流与电
压范围内P-N结电流－电压特性的最佳描述。虽然(6.27)式是在正向偏压的假设下推导出来的，但也允许 取负值，图6.8为P-N结电流－电压关系曲线图。
假如 的值为负，比如几个热电压，那么反向电流的大小就与反向偏压无关了，此时 。因此 称为反向饱和电流密度。式(6.27)中的正向偏压值大于几个热电压时，则可以忽略式中的－1项。此时的电流电压关系为：
； ；
于是(6.12)式的输运方程可简化为
其中 是过剩空穴的扩散长度。在相同的假设条件下，P区内过剩载流子浓度满足下式
其中 是过剩电子的扩散长度。
总少子浓度的边界条件是：
式(6.13)的通解为
式(6.14)的通解为
由边界条件式(6.15b)和式(6.15d)可知，系数A和D必须为零。系数B和系数C由边界条件式(6.15a)和(6.15c)确定。
热平衡状态P区多子空穴浓度
热平衡状态P区少子电子浓度
非热平衡状态P区总少子电子浓度
非热平衡状态N区总少子空穴浓度
非热平衡状态空间电荷区边缘处P区少子电子浓度
非热平衡状态空间电荷区边缘处N区少子空穴浓度
非热平衡状态P区过剩少子电子浓度
非热平衡状态N区过剩少子空穴浓度
我们在前一章已经讨论过的P-N结内建电势的表达式 ，它是P-N结空间电荷区的电势差。对该式两边同除以热电压并取对数，再取倒数可得：
对P-N结施加正向偏压时，P区的多子空穴也可以穿过耗尽区而注入到N区，使N区产生过剩的少子空穴。同样，N区的少子空穴浓度可表示为：
N区过剩的少子空穴浓度可表示为：
半导体物理与器件-第六章 半导体中的非平衡过剩载流子
Generation rate
Recombination rate
3
6.1载流子的产生与复合 6.1.1平衡半导体
平衡态半导体的标志就是具有统一的费米能级
EF，此时的平衡载流子浓度n0和p0唯一由EF决定。
平衡态非简并半导体的n0和p0乘积为
n0p0
Nc N vexp(
Eg kT
)
ni2
质量定律
称n0p0=ni2为非简并半导体平衡态判据式。
第6章 半导体中的非平衡过剩载流子
1
第6章 半导体中的非平衡过剩载流子
6．1载流子的产生与复合 6．2过剩载流子的性质 6．3双极输运 6．4准费米能级 *6．5过剩载流子的寿命 *6．6表面效应
2
6.1载流子的产生与复合 6.1.1平衡半导体
平衡状态下产生率等于复合率
产生是电子和空穴的生成过程 复合是电子和空穴的消失过程
一般来说：n型半导体中：δn<<n0，δp<<n0。 p型半导体中：δn<<p0，δp<<p0。
小注入：过剩载流子浓度远小于平衡态时的多子浓度. 大注入：过剩载流子浓度接近或大于平衡时多子的浓度.
7
6.1载流子的产生与复合 6.1.2过剩载流子
注意：
1.非平衡载流子不满足费米－狄拉克统计分布.
(有发光现象)、把多余能量传递给晶格或者把多余能量交给其 它载流子(俄歇复合)。
15
6.1载流子的产生与复合 6.1.2过剩载流子
过剩载流子的产生与复合相关符号
16
6.2过剩载流子的性质 6.2.1连续性方程
单位时间内由ｘ方向的粒子流产生的 空穴的净增加量
Fpx为空穴粒子的流量
半导体集成电路部分习题答案(朱正涌)
第2章集成电路中的晶体管及其寄生效应
复习思考题
2.2利用截锥体电阻公式，计算TTL“与非”门输出管的 ，其图形如图题2.2
所示。
提示：先求截锥体的高度
-
然后利用公式： ，
注意：在计算W、L时,应考虑横向扩散。
2.3伴随一个横向PNP器件产生两个寄生的PNP晶体管，试问当横向PNP器件在4种可能的偏置情况下，哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大?
若驱动mos管的脉冲频率为50khz电1110pf试求开关电容电路的等效电阻eff144图题144是一个mos开关电容等效电路写出电路等效电阻eff151图题151为某电路的过热保护电路为被保护管试以芯片为175时保护电路的状态来说明该电路的过热保护作用
第1章集成电路的基本制造工艺
1.6一般TTL集成电路与集成运算放大器电路在选择外延层电阻率上有何区别?为什么?
此电路实施反相器功能。
题9.4(b)中 和 若为无比，无法反相器功能。
9.5分析图题9.5所示的两相动态电路的逻辑功能，并说明各级电路分别是有比的还是无
比的。假如图中 ， ； 从 ， ，试画出图中,A,B,C,D和 各点的波形图
答：该电路为具有保持功能的多路选通开关。
该电路中除最后一级为无比电路外，余下均为有比电路。
答：
14.4图题14.4是一个MOS开关电容等效电路，φ和 为两个同频反相的驱动脉冲信号。
(1)分析电路工作原理；
(2)写出电路等效电阻 的表达式。
答：
第15章集成稳压器
复习思考题
15.1图题15.1为某电路的过热保护电路， 为过热保护管， ， 为被保护管，试
半导体工艺第六章
半导体工艺第六章第六章习题6-1 解释欧姆接触，并说明形成欧姆接触的常用方法。
欧姆接触是指金属与半导体之间的电压与电流的关系具有对称和线性关系，而且接触电阻尽可能低，不产生明显的附加阻抗。
常用方法：扩散法和合金法扩散法：是在半导体中先扩散形成重掺杂区以获得N+N或P+P 的结构，然后使金属与重掺杂的半导体区接触，形成欧姆接触。
合金法：是利用合金工艺对金属互联线进行热处理，使金属与半导体界面形成一层合金层或化合物层，并通过这一层与表面重掺杂的半导体形成良好的欧姆接触。
6-2 列出并描述集成电路制造中对金属薄膜的要求。
要求：（1）具有高的导电率和纯度（2）与下层衬底（通常是二氧化硅或氮化硅）具有良好的粘附性（3）与半导体材料连接时接触电阻低（4）能够淀积出均匀而且没有“空洞”的薄膜，易于填充通孔（5）易于光刻和刻蚀，容易制备出精细图形（6）很好的耐腐蚀性（7）在处理和应用过程中具有长期的稳定性6-3 列出半导体制造中使用的金属种类，并说明每种金属的用途。
种类：铝、铝铜合金、铜、阻挡层金属、硅化物和钨铝：作为金属互连的材料，以薄膜的形式在硅片中连接不同器件。
铝铜合金：有效解决电迁徙问题。
铜：作为互连线。
阻挡层金属：防止上下层材料相互扩散。
硅化物：减小接触电阻。
钨：填充通孔。
6-4 解释铝已被选择作为微芯片互连金属的原因。
（1）较低的电阻率（2）铝价格低廉（3）工艺兼容性（4）铝膜与下层衬底（通常是硅、二氧化硅或氮化硅）具有良好的粘附性6-5 哪种金属已经成为传统互连金属线?什么是它的取代物？铝已经成为传统互连金属线，铝铜合金是它的取代物6-6 描述结尖刺现象，如何解决结尖刺问题？由于硅在铝中的溶解度比较高，形成合金时，硅会从衬底向铝中溶解，这样就在接触区下层的硅中留下空洞，从而有可能发生尖刺效应。
解决方法：在接触区引入阻挡层金属可阻止上下层材料互相混合。
6-7 描述电迁徙现象，如何解决电迁徙现象？电迁徙现象:在大电流密度的情形下，大量电子对金属原子的持续碰撞，会引起原子逐渐而缓慢的移动。
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[
(lg I D ) V
G VT G VT
(lg I D ) V VG V
G 0
G 0
VG V
]1
已知VT=0.5V时，S=0.1V/decade 当VG=VT时，ID=0.1×10-6A；当VG=0时，ID=?
所以，
16
解： 由已知条件可得：
10
所以
2
11
18. 一n沟道的n+多晶硅-SiO2-Si MOSFET，其NA=1017cm-3， Qf/q=5×1010cm-2，d=10nm，试计算其阈值电压. 解：
12
13
20. 一p沟道的n+多晶硅-SiO2-Si MOSFET，其ND=1017cm-3， Qf/q=5×1010cm-2，d=10nm，试计算其阈值电压.
1 d 解：由已知条件 Qot 0 y ot ( y )dy d
而， ot ( y 5nm) q 5 1011 cm 2 所以， Qot
1 19 7 11 1.6 10 5 10 5 10 10 107
4 108 C / cm 2
5
由Vo=0.35=Eo×d=Eo×10×10-9得 Eo=3.5×105V/cm 由 得，Es=Eoεox/εs
所以，Es=3.5×105×3.9/11.9=1.147×105V/cm
6
10. 假设氧化层中的氧化层陷阱电荷Qot为薄电荷层，且其在 y=5nm处的面密度为5×1011cm-2，氧化层的厚度为10nm。试计 算因Qot所导致的平带电压变化。
在本征时，有
ψ s ψ B 所以
所以，由 Es
质中静电场的边界条件，电位移矢量连续：
D s Do
4
8. 一理想Si-SiO2 MOS二极管的d=10nm，NA=5×1016cm-3, 试找 出使界面强反型所需的外加偏压以及在界面处的电场强度。
解： 发生强反型时 所以, 外加偏压VG=VT 当NA=5×1016cm-3时，
所以，
7
13. 假设VD<<(VG-VT)，试推导式：
其中 解：由于VD<<(VG-VT)， 所以式
VT
2 s qN A (2Ψ B ) 2Ψ B C0
中的第一项变为： 对于上式的第二项括号内采用泰勒展开，得：
8
因此，式
变为
这里，
9
15. 若一长沟道MOSFET的L=1μm，Z=10μm，NA=5×1016cm-3， μn=800cm2/(V.s)，Co=3.45×10-7F/cm2，VT=0.7V，试找出于 VG=5V时的VDsat与IDsat.
第6章 习题
1
5. 一NA=5×1016cm-3的金属-SiO2-Si电容器，请计算表面耗尽区 的最大宽度？
解：室温下，由衬底掺杂浓度→耗尽区宽度
2
7. 一理想Si-SiO2 MOS二极管的d=5nm，NA=1017cm-3, 试找出使 硅表面变为本征硅所需的外加偏压以及在界面处的电场强度。
解：
2 s qN A (2Ψ B ) 解： VT VFB 2Ψ B C0
=0.02V
14
15
24. 一MOSFET的阈值电压VT=0.5V，亚阈值摆幅为100mV/ decade，且在VT时漏极电流为0.1μA. 试问于VG=0时的亚阈值漏 电流为多少？
解：亚阈值摆幅 S [(lg I D ) / VG ]1