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1、第二章一、分別采用費米能級和載流子擴散與漂移的觀點分析結(jié)空間電荷區(qū)的形成。答：假設在形成結(jié)之前N型和P型材料在實體上是分離的。在N型材料中費米能級靠近導帶邊緣，在P型材料中費米能級靠近價帶邊緣，當P型材料和N型材料被連接在一起時，費米能級在熱平衡時必定恒等，否則，就要流過電流。恒定費米能級的條件是由電子從N型一邊轉(zhuǎn)移至P型一邊，空穴則沿相反方向轉(zhuǎn)移實現(xiàn)的。電子和空穴的+?轉(zhuǎn)移在N型和P型各邊分別留下未被補償?shù)氖┲麟x子和受主離子N和N。結(jié)果建da立了兩個電荷層即空間電荷區(qū)。另一方面，也可以通過考慮載流子的擴散和漂移得到這種電荷分布。當把N型和P型材料放在一起時，由于
2、在P型材料中有多得多的空穴，它們將向N型一邊擴散。與此同時，在N型一邊的電子將沿著相反的方向擴散，即由N型區(qū)向P型區(qū)擴散。由電子和空穴擴散留下的未被補償?shù)氖┲骱褪苤麟x子建立了一個電場。這一電場是沿著抵消載流子擴散趨勢的方向在熱平衡時，載流子的漂移運動正好和載流子的擴散運動+相平衡，電子和空穴的擴散與漂移在N型和P型各邊分別留下未被補償?shù)氖┲麟x子Nd?和受主離子N。結(jié)果建立了兩個電荷層即空間電荷區(qū)。a二、PN結(jié)有哪些主要的擊穿機制，并簡述其擊穿機理。答：齊納擊穿：齊納提出在高電場下耗盡區(qū)的共價鍵斷裂產(chǎn)生電子和空穴，即有些價電子通過量子力學的隧道效應從價帶轉(zhuǎn)移到導帶，
3、從而形成反向隧道電流。齊納擊穿發(fā)生在低電壓情況下，比如硅PN結(jié)低于4伏特情況下發(fā)生的擊穿。雪崩擊穿：在高電壓形成的高電強作用下，加速后的電子、空穴會與其它電子空穴碰撞電離，從而不斷產(chǎn)生更多的電子空穴對。對于高電壓擊穿的結(jié)，例如，在硅中大于6V的擊穿，雪崩機制是產(chǎn)生擊穿的原因。三、利用中性區(qū)電中性條件導出PN結(jié)空間電荷區(qū)內(nèi)建電勢差公式。四、簡述隧道二極管的產(chǎn)生條件及其特點。答：產(chǎn)生隧道電流的條件：（1）費米能級位于導帶或價帶的內(nèi)部；（2）空間電荷層的寬度很窄，因而有高的隧道穿透幾率；（3）在相同的能量水平上在一側(cè)的能帶中有電子而在另一側(cè)的能帶中有空的狀態(tài)。當結(jié)的兩邊
4、均為重摻雜，從而成為簡并半導體時，（1）、（2）條件滿足。外加偏壓可使條件（3）滿足。隧道二極管的特點：（1）隧道二極管是利用多子的隧道效應工作的。由于單位時間內(nèi)通過結(jié)的多數(shù)載流子的數(shù)目起伏較小，因此隧道二極管具有較低的噪聲。（2）隧道結(jié)是用重摻雜的簡并半導體制成，由于溫度對多子的影響小，使隧道二級管的工作溫度范圍大。（3）由于隧道效應的本質(zhì)是量子躍遷過程，電子穿越勢壘極其迅速，不受電子渡越時間的限制，因此可以在極高頻率下工作。這種優(yōu)越的性能，使隧道二級管能夠應用于振蕩器，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)多諧振蕩器，高速邏輯電路以及低噪音微波放大器。五、推導單邊突變PN結(jié)（Na
5、>>Nd）空間電荷區(qū)耗盡層寬度表達式。解：在N側(cè)和P側(cè)的泊松方程分別為2dψqNd=?,0≤x≤xdx2kεn（1）02dψqNa（2）=,?x≤x≤02pdxkε0空間電荷的電中性要求Nx=Nxapdn耗盡層寬度W=xp+xn若令Na>>Nd,則xn>>xp,W≈xn對(1)式積分一次，得dψqNdψd（3）=?(x?x),邊界條件：=0nx=xndxkεdx0dψ因為E=?,（3）式可改寫為dxxE=E1(?)mxnqNxdn式中E=?mkε0利用邊界條件ψ(xn)=0，對(3)再積分可推導出電勢2qNdxnx2ψ=?1(?)2kεx0n則內(nèi)建電勢差2qNxd
6、nψ=ψ(x)?ψ(?x)≈ψ(x)?ψ)0(=0npn2kε02kε0ψ02/1耗盡層寬度W=xn=()qNd六、畫出理想PN結(jié)正（反）向偏壓情況下少數(shù)載流子分布和少數(shù)載流子電流分布，并寫出空間電荷區(qū)邊緣少數(shù)載流子濃度大小。答：正偏載流子濃度少數(shù)載流子電流P型N型pnnppn0InIpn0空間電荷層p?xp0xnx?xp0xnx（a）少數(shù)載流子分布（b）少數(shù)載流子電流VVTn=neVVT空間電荷區(qū)邊緣少數(shù)載流子濃度：pn=pn0e，pp0答：反偏載流子濃度少數(shù)載流子電流P型N型空間電荷層pn0np0pnInppInx′x′?xp0xnxx?xp0xn（a）少數(shù)載
7、流子分布（b）少數(shù)載流子電流空間電荷區(qū)邊緣的少數(shù)載流子濃度均為0。15?319?3七、硅突變結(jié)二極管的摻雜濃度為：Nd=10cm，Na=10cm，在室溫下計算：（a）自建電勢（b）耗盡層寬度（c）零偏壓下的最大內(nèi)建電場。10?3?12?19（n=5.1×10cm,k=11,8.ε=.885×10F/m,q=6.1×10C）i0解：對于單邊突變節(jié)，且N>>N時，有ad1915NdNa10×10自建電勢：ψ=Vln=.0026×ln=.082V0T220n.225×10i/12/12?14耗盡層寬度：?2kε0ψ0??2×118.×.885×10×.082??4cmW
8、=x=??
