固體電子器件原理期末考試題a卷及答案

1、第1頁共9頁固體電子器件原理期末考試題A卷及答案一、能帶圖(27分)1.畫出硅pn結(jié)零偏、反偏和正偏條件下的能帶圖，標(biāo)出有關(guān)能量。(9分)2.畫出n型襯底上理想的金屬半導(dǎo)體接觸（理想金屬半導(dǎo)體接觸的含義：金屬半導(dǎo)體界面無界面態(tài)，不考慮鏡像電荷的作用）的能帶圖，(a)?m?s(b)?m?s?m?s3.畫出p型硅襯底上理想MOS結(jié)構(gòu)（理想MOS結(jié)構(gòu)的含義：柵極材料與襯底半導(dǎo)體無功函數(shù)差，柵極氧化層襯底無界面態(tài)，氧化層為理想的介質(zhì)層）得分評分

2、人第3頁共9頁空間電荷的出現(xiàn)，在pn結(jié)兩側(cè)產(chǎn)生了由正電荷指向負(fù)電荷的電場Ebi，即由n區(qū)指向p區(qū)的電場。這一電場稱為自建電場或內(nèi)建電場。在自建電場的作用下，空間電荷區(qū)內(nèi)n型側(cè)空穴向p區(qū)漂移，p型側(cè)電子向n區(qū)漂移，同時產(chǎn)生與p區(qū)空穴和n區(qū)電子的擴散方向相反的“推擋”作用，減弱了濃度差引起的擴散運動對載流子的輸運作用。當(dāng)擴散運動與自建電場的作用達到動態(tài)平衡時，載流子通過pn結(jié)界面的凈輸運為零，空間電荷區(qū)的寬度不再變化，自建電場的大小也不再變

3、化。由于自建電場的作用，可近似認(rèn)為空間電荷區(qū)內(nèi)的自由載流子—電子和空穴被完全“掃出”該區(qū)域，只剩下電離受主和電離施主原子，空間電荷區(qū)是一個高阻區(qū)，所以空間電荷區(qū)又稱為耗盡區(qū)或阻擋層。此外，空間電荷區(qū)的邊界雖然是緩變的，但計算表明過度區(qū)很窄，因此，可近似認(rèn)為空間電荷區(qū)邊界是突變的。這兩個近似條件，稱為突變空間電荷區(qū)近似或突變耗盡近似。在突變耗盡近似條件下，如圖在xp到xn之間，沒有自由載流子，電阻為無窮大；在xp和xn的外側(cè)是電中性的；在

4、xp和xn處，存在一個由電中性區(qū)到耗盡區(qū)的突變界面。2.簡述耗盡層電容和擴散電容的概念。(6分)pn結(jié)的耗盡層電容結(jié)的耗盡層電容pn結(jié)的耗盡層電容，又稱勢壘電容，在教材中被稱為JunctionCapacitance。在耗盡層近似下，當(dāng)pn結(jié)的外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬窄跟著發(fā)生變化，空間電荷區(qū)的電荷也跟著發(fā)生變化，如圖1所示。這種空間電荷區(qū)電荷隨外加電壓的變化，類似于平板電容器的充放電。也就是說，pn結(jié)空間電荷區(qū)具有電容效應(yīng)，稱為耗

5、盡層電容。pnpn結(jié)的擴散電容結(jié)的擴散電容當(dāng)pn結(jié)加上正向直流偏壓時，pn結(jié)空間電荷區(qū)外側(cè)的載流子濃度分布如圖2所示。如果在直流偏壓上疊加一交流電壓，即tVv?sin1?則在交流電壓的正半周，pn結(jié)總偏壓增大，空間電荷區(qū)邊界處的非平衡載流子濃度增大，并)](exp[10VVkTqpn?)](exp[10VVkTqpn?)exp(0kTqVpnnpxx0?正偏pn結(jié)疊加交流電壓后擴散區(qū)非平衡載流子分布隨交流電壓的變化，交流電壓為tVsin