第二章pn结

第二章 PN结

填空题

1、若某突变PN结的P型区的掺杂浓度为N A=×1016cm-3，则室温下该区的平衡多子浓度p p0与平衡少子浓度n p0分别为（）和

（）。

2、在PN结的空间电荷区中，P区一侧带（）电荷，N区一侧带（）电荷。内建电场的方向是从（）区指向（）区。

3、当采用耗尽近似时，N型耗尽区中的泊松方程为（）。由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（）。

4、PN结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（），内建电场的最大值就越（），内建电势V bi就越（），反向饱和电流I0就越（），势垒电容C

就越（），雪崩击穿电压就越（）。

T

5、硅突变结内建电势V bi可表为（），在室温下的典型值为（）伏特。

6、当对PN结外加正向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。

7、当对PN结外加反向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。

8、在P型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度n p与外加电压V之间的关系可表示为（）。若P型区的掺杂浓度N A=×1017cm-3，外加电压V= ，则P型区与耗尽区边界上的少子浓度n p为（）。

9、当对PN结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）；当对PN结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）。

10、PN结的正向电流由（）电流、（）电流和（）电流三部分所组成。

11、PN结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（）；PN结的反向电流很小，是因为反向电流的电荷来源是（）。

12、当对PN结外加正向电压时，由N区注入P区的非平衡电子一边向前扩散，一边（）。每经过一个扩散长度的距离，非平衡电子浓度降到原来的（）。

13、PN结扩散电流的表达式为（）。这个表达式在正向电压下可简化为（），在反向电压下可简化为（）。

14、在PN结的正向电流中，当电压较低时，以（）电流为主；当电压较高时，以（）电流为主。

15、薄基区二极管是指PN结的某一个或两个中性区的长度小于

（）。在薄基区二极管中，少子浓度的分布近似为（）。

16、小注入条件是指注入某区边界附近的（）浓度远小于该区的（）浓度，因此该区总的多子浓度中的

（）多子浓度可以忽略。

17、大注入条件是指注入某区边界附近的（）浓度远大于该区的（）浓度，因此该区总的多子浓度中的（）多子浓度可以忽略。

18、势垒电容反映的是PN结的（）电荷随外加电压的变化率。PN结的掺杂浓度越高，则势垒电容就越（）；外加反向电压越高，则势垒电容就越（）。

19、扩散电容反映的是PN结的（）电荷随外加电压的变化率。正向电流越大，则扩散电容就越（）；少子寿命越长，则扩散电容就越（）。

20、在PN结开关管中，在外加电压从正向变为反向后的一段时间内，会出现一个较大的反向电流。引起这个电流的原因是存储在（）区中的

（）电荷。这个电荷的消失途径有两条，即

（）和（）。

21、从器件本身的角度，提高开关管的开关速度的主要措施是

（）和

（）。

22、PN结的击穿有三种机理，它们分别是（）、

（）和（）。

23、PN结的掺杂浓度越高，雪崩击穿电压就越（）；结深越浅，雪崩击穿电压就越（）。

24、雪崩击穿和齐纳击穿的条件分别是（）和

（）。

问答与计算题

1、简要叙述PN结空间电荷区的形成过程。

2、什么叫耗尽近似什么叫中性近似

3、什么叫突变结什么叫单边突变结什么叫线性缓变结分别画出上述各种PN结的杂质浓度分布图、内建电场分布图和外加正向电压及反向电压时的少子浓度分布图。

4、PN结势垒区的宽度与哪些因素有关

5、写出PN结反向饱和电流I0的表达式，并对影响I0的各种因素进行讨论。

6、PN结的正向电流由正向扩散电流和势垒区复合电流组成。试分别说明这两种电流随外加正向电压的增加而变化的规律。当正向电压较小时以什么电流为主当正向电压较大时以什么电流为主

7、什么是小注入条件什么是大注入条件写出小注入条件和大注入条件下的结定律，并讨论两种情况下中性区边界上载流子浓度随外加电压的变化规律。

8、在工程实际中，一般采用什么方法来计算PN结的雪崩击穿电压

9、简要叙述PN结势垒电容和扩散电容的形成机理及特点。

10、当把PN结作为开关使用时，在直流特性和瞬态特性这两方面，PN结与理想开关相比有哪些差距引起PN结反向恢复过程的主要原因是什么

11、某突变PN结的N D=×1015cm-3, N A=×1018cm-3，试问J dp是J dn的多少倍

12、已知某PN结的反向饱和电流为I o =10 -12A，试分别求当外加正向电压和（）反向电压时的PN结扩散电流。

13、某硅单边突变结的雪崩击穿临界电场E C=×105Vcm-1，开始发生雪崩击穿时的耗尽区宽度x dB= μm，求该PN结的雪崩击穿电压V B。若对该PN结外加|V|=的反向电压，则其耗尽区宽度为多少

14、某突变结的内建电势V bi= ，当外加电压V = 时的势垒电容与扩散电容分别是2pF和2×10-4pF，试求当外加电压V = 时的势垒电容与扩散电容分别是多少

15、某硅突变结的n A= 1× 1016cm-3，n D= 5× 1016cm-3，试计算平衡状态下的

(1) 内建电势V bi；

(2) P区耗尽区宽度x p、N区耗尽区宽度x n及总的耗尽区宽度x D；

(3) 最大电场强度εmax 。

16、某单边突变结在平衡状态时的势垒区宽度为x D0 ，试求外加反向电压应为内建电势V bi的多少倍时，才能使势垒区宽度分别达到2x d0和3x d0 。

17、一块同一导电类型的半导体，当掺杂浓度不均匀时，也会存在内建电场和内建电势。设一块N型硅的两个相邻区域的施主杂质浓度分别为n D1和n D2 ，试推导出这两个区域之间的内建电势公式。如果n D1 = 1× 1020cm-3，

n

= 1× 1016cm-3，则室温下内建电势为多少

D2

18、试推导出杂质浓度为指数分布N = N0exp(-x/l)的中性区的内建电场表达式。若某具有这种杂质浓度分布的硅的表面杂质浓度为 1018cm-3，λ = μm，试求其内建电场的大小。再将此电场与某突变PN结的耗尽区中最大电场作比较，该突变PN结的n A= 1018cm-3，n D= 1015cm-3。

19、试证明在一个P区电导率σp远大于N区电导率σn的PN结中，当外加正向电压时空穴电流远大于电子电流。

20、某P+N-N+ 结的雪崩击穿临界电场εc为32V/μm，当N- 区的长度足够长时，击穿电压V B为144V。试求当N- 区的长度缩短为3μm时的击穿电压为多少

21、已知某硅单边突变结的内建电势为，当外加反向电压为时测得势垒电容为10pF，试计算当外加正向电压时的势垒电容。

22、某PN结当正向电流为10mA时，室温下的小信号电导与小信号电阻各为多少当温度为100°C时它们的值又为多少

23、某单边突变P+N结的N区杂质浓度n D = 1016cm-3，N区少子扩散长度L p= 10μm，结面积A = ，外加的正向电压。试计算当N区厚度分别为100μm和3μm时存储在N区中的非平衡少子的数目。

第二章 PN结

第二章 PN结 填空题 1、若某突变PN结的P型区的掺杂浓度为N A=1.5×1016cm-3，则室温下该区的平衡多子浓度p p0与平衡少子浓度n p0分别为（）和（）。 2、在PN结的空间电荷区中，P区一侧带（）电荷，N区一侧带（）电荷。内建电场的方向是从（）区指向（）区。 3、当采用耗尽近似时，N型耗尽区中的泊松方程为（）。由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（）。 4、PN结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（），内建电场的最大值就越（），内建电势V bi就越（），反向饱和电流I0就越（），势垒电容C T就越（），雪崩击穿电压就越（）。 5、硅突变结内建电势V bi可表为（），在室温下的典型值为（）伏特。 6、当对PN结外加正向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。 7、当对PN结外加反向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。 8、在P型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度n p与外加电压V之间的关系可表示为（）。若P型区的掺杂浓度N A=1.5×1017cm-3，外加电压V= 0.52V，则P型区与耗尽区边界上的少子浓度n p为（）。 9、当对PN结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）；当对PN结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）。 10、PN结的正向电流由（）电流、（）电流和（）电流三部分所组成。 11、PN结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（）；PN结的反向电流很小，是因为反向电流的电荷来源是（）。 12、当对PN结外加正向电压时，由N区注入P区的非平衡电子一边向前扩散，一边（）。每经过一个扩散长度的距离，非平衡电子浓度降到原来的（）。 13、PN结扩散电流的表达式为（）。这个表达式在正向电压下可简化为（），在反向电压下可简化为（）。

半导体物理第二章 PN结习题

第二章 PN 结 2-1．P N +结空间电荷区边界分别为p x -和n x ，利用T V V i e n np /2=导出一般情况下的 )(n n x p 表达式。给出N 区空穴为小注入和大注入两种情况下的)(n n x p 表达式。 2-2．热平衡时净电子电流或净空穴电流为零，用此方法推导方程 20ln i a d T p n n N N V =-=ψ ψψ。 2-3．根据修正欧姆定律和空穴扩散电流公式证明，在外加正向偏压V 作用下，PN 结N 侧 空穴扩散区准费米能级的改变量为qV E FP =?。 2-4． 硅突变结二极管的掺杂浓度为：31510-=cm N d ，320104-?=cm N a ，在室温下计算： （a ）自建电势（b ）耗尽层宽度 （c ）零偏压下的最大内建电场。 2–5．若突变结两边的掺杂浓度为同一数量级，则自建电势和耗尽层宽度可用下式表示 )(2) (02 d a p n d a N N K x x N qN ++=εψ ??? ???+=)(200d a a a n N N qN N K x ψε 2 100)(2? ? ? ???+=d a a d p N N qN N K x ψε 试推导这些表示式。 2–6．推导出线性缓变P N 结的下列表示式：（a ）电场（b ）电势分布（c ）耗尽层宽度（d ） 自建电势。 2-7．推导出N N +结（常称为高低结）内建电势表达式。 2-8．（a ）绘出图2-6a 中3 1410-=cm N BC 的扩散结的杂质分布和耗尽层的草图。解释为何耗 尽层的宽度和R V 的关系曲线与单边突变结的情况相符。 （b ）对于3 1810-=cm N m 的情况，重复（a ）并证明这样的结在小R V 的行为像线性结， 在 大R V 时像突变结。 2-9． 对于图2-6（b ）的情况，重复习题2-8。 2–10．（a ）P N 结的空穴注射效率定义为在0=x 处的0/I I p ，证明此效率可写成 n p p n p L L I I σσγ/11 +== （b ）在实际的二极管中怎样才能使γ接近1； 2-11．长PN 结二极管处于反偏压状态，求： （1）解扩散方程求少子分布)(x n p 和)(x p n ，并画出它们的分布示意图。

半导体第2章PN结总结

第二章 PN结 1. PN结：由P型半导体和N型半导体实现冶金学接触（原子级接触）所形成的结构。 任何两种物质（绝缘体除外）的冶金学接触都称为结（junction）,有时也叫做接触（contact）。 2. PN结是几乎所有半导体器件的基本单元。除金属－半导体接触器件外，所有结型器件都由PN结构成。 3. 按照杂质浓度分布，PN 结分为突变结和线性缓变结. 突变结杂质分布线性缓变结杂质分布 4. 空间电荷区：PN结中，电子由N区转移至P区，空穴由P区转移至N区。电子和空穴的转移分别在N区和P区留下了未被补偿的施主离子和受主离子。它们是荷电的、固定不动的，称为空间电荷。空间电荷存在的区域称为空间电荷区。

5. 建电场：P区和N区的空间电荷之间建立了一个电场——空间电荷区电场，也叫建电场。 PN结自建电场：在空间电荷区产生 缓变基区自建电场：基区掺杂是不均匀的，产生出一个加速少数载流子运动的电场，电场沿杂质浓度增加的方向，有助于电子在大部分基区围输运。 大注入建电场：在空穴扩散区（这有利于提高BJT的电流增益和频率、速度性能）。 6. 建电势差：由于建电场，空间电荷区两侧存在电势差，这个电势差叫做建电势差（用 表示）。 7. 费米能级：平衡PN结有统一的费米能级。 准费米能级：当pn结加上外加电压V后，在扩散区和势垒区围，电子和空穴没有统一的费米能级，分别用准费米能级。 8. PN结能带图 热平衡能带图

平衡能带图 非平衡能带图 正偏压：P正N负 反偏压：P负N正 9. 空间电荷区、耗尽区、势垒区、中性区 势垒区：N区电子进入P区需要克服势垒，P区空穴进入N区也需要克服势垒。于是空间电荷区又叫做势垒区。 耗尽区：空间电荷区的载流子完全扩散掉，即完全耗尽，空间电荷仅由电离杂质提供。这时空间电荷区又可称为“耗尽区”。 中性区：PN结空间电荷区以外的区域(P区和N区)。 耗尽区主要分布在低掺杂一侧，重掺杂一边的空间电荷层的厚度可以忽略。 10. 单边突变结电荷分布、电场分布、电势分布

半导体第2章PN结情况总结

第二章PN结 1. PN结：由P型半导体和N型半导体实现冶金学接触（原子级接触）所形成的结构。 任何两种物质（绝缘体除外）的冶金学接触都称为结（junction）,有时也叫做接触（contact）。 2. PN结是几乎所有半导体器件的基本单元。除金属－半导体接触器件外，所有结型器件都由PN结构成。 3. 按照杂质浓度分布，PN 结分为突变结和线性缓变结. 突变结杂质分布线性缓变结杂质分布 4. 空间电荷区：PN结中，电子由N区转移至P区，空穴由P区转移至N区。电子和空穴的转移分别在N区和P区留下了未被补偿的施主离子和受主离子。它们是荷电的、固定不动的，称为空间电荷。空间电荷存在的区域称为空间电荷区。

5. 内建电场：P区和N区的空间电荷之间建立了一个电场——空间电荷区电场，也叫内建电场。 PN结自建电场：在空间电荷区产生 缓变基区自建电场：基区掺杂是不均匀的，产生出一个加速少数载流子运动的电场，电场沿杂质浓度增加的方向，有助于电子在大部分基区范围内输运。 大注入内建电场：在空穴扩散区（这有利于提高BJT的电流增益和频率、速度性能）。 6. 内建电势差：由于内建电场，空间电荷区两侧存在电势差，这个电势差叫做内建电势差（用表示）。

7. 费米能级：平衡PN结有统一的费米能级。 准费米能级：当pn结加上外加电压V后，在扩散区和势垒区范围内，电子和空穴没有统一的费米能级，分别用准费米能级。 8. PN结能带图 热平衡能带图 平衡能带图 非平衡能带图 正偏压：P正N负 反偏压：P负N正

9. 空间电荷区、耗尽区、势垒区、中性区 势垒区：N区电子进入P区需要克服势垒，P区空穴进入N区也需要克服势垒。于是空间电荷区又叫做势垒区。 耗尽区：空间电荷区内的载流子完全扩散掉，即完全耗尽，空间电荷仅由电离杂质提供。这时空间电荷区又可称为“耗尽区”。 中性区：PN结空间电荷区以外的区域(P区和N区)。 耗尽区主要分布在低掺杂一侧，重掺杂一边的空间电荷层的厚度可以忽略。 10. 单边突变结电荷分布、电场分布、电势分布