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与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Ei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与费米能级EFN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与费米能级EFP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=3×1012 cm-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的位置示意图.〔d〕 画出平衡下的能带图,标出EC、EV、EFP、Ei能级的位置,在此基础上再画出光注入时,EFP’和EFN’,并说明偏离EFP的程度是不同的.12.室温下施主杂质浓度ND=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,写出边界少子浓度与少子浓度分布式,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UD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与其宽度表达式.并画出示意图.11．推导线性缓变变结空间电荷区电场分布与其宽度表达式.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ND=1×1015/cm3,在扩散温度为1180℃下硼在硅中的扩散系数D=1.5×10-12cm2/s,扩散时间t=30min,扩散结深Xj =2.7μm.试求：①扩散层表面杂质浓度Ns？②结深处的浓度梯度aj？③接触电势差UD？19. 有两个硅结,其中一个结的杂质浓度,;另一个结的,,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时的内建电场,,.21. 已知硅PN结：,,截面积,求①理想饱和电流？②外加正向电压为时的正向电流密度？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,假设计算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300时的最大电场强度.24. 对于一个浓度梯度为的硅线性缓变结,耗尽层宽度为.计算最大电场强度和结的总电压降.25. 一硅N结,其,面积计算反向偏压分别等于和的么势垒电容、空间电荷区宽度和最大电场强度.26. 计算硅结的击穿电压,其〔利用简化式〕.27. 在衬底杂质浓度的型硅晶片上进行硼扩散,形成结,硼扩散后的表面浓度结深.试求结深处的浓度梯度,施加反向偏压时的单位面积势垒电容和击穿电压.28. 设计一突变结二极管.其反向电压为,且正向偏压为时的正向电流为.并假设.29. 一硅N结,,求击穿时的耗尽层宽度,若区减小到计算击穿电压并进行比较.30. 一个理想的硅突变结,求①计算、、、下的内建电场,并画出对温度的关系曲线.②用能带图讨论所得结果.③求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ＩＣＥＯ与ＩＣＢＯ之间的关系式并加以讨论.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.19. 试比较ｆα、ｆβ、ｆＴ的相对大小.20. 画出晶体管饱和态时的载流子分布,并简述超量存储电荷的消失过程.21. 画出普通晶闸的基本结构图,并简述其基本工作原理.22.有一低频小功率合金晶体管,用N型Ge作基片,其电阻率为1.5cm,用烧铟合金方法制备发射区和集电区,两区掺杂浓度约为3×1018/cm3,求ro〔已知Wb=50,Lne=5〕. 23.某一对称的P+NP+锗合金管,基区宽度为5,基区杂质浓度为5×1015cm-3,基区空穴寿命为10〔AE=AC=10-3cm2〕.计算在UEB=0.26V、UCB=-50V 时的基极电流IB？求出上述条件下的α0和β0〔r0≈1〕.24. 已知均匀基区硅NPN晶体管的γ0=0.99,BUCBO=150V,Wb=18.7,基区中电子寿命тb=1us〔若忽略发射结空间电荷区复合和基区表面复合〕,求α0、β0、β0*和BUCEO〔设Dn=35cm2/s>.25.已知NPN双扩散外延平面晶体管,集电区电阻率ρc=1.2Ωcm,集电区厚度Wc=10,硼扩散表面浓度NBS=5×1018cm-3,结深Xjc=1.4.求集电极偏置电压分别为25V和2V时产生基区扩展效应的临界电流密度.26.已知P+NP晶体管,其发射区、基区、集电区德杂质浓度分别为5×1018cm-3、2×1016cm-3、1×1015cm-3,基区宽度Wb=1.0,器件截面积为0.2mm2,当发射结上的正向偏压为0.5V,集电结反向偏压为5V时,计算：〔1〕中性基区宽度？〔2〕发射结少数载流子浓度？27.对于习题26中的晶体管,少数载流子在发射区、基区、集电区德扩散系数分别为52cm2/s、40cm2/s、115cm2/s,对应的少数载流寿命分别为10-8s、10-7s、10-6s,求晶体管的各电流分量？28.利用习题26、习题27所得到的结果,求出晶体管的端点电流IE、IC和IB .求出晶体管的发射效率、基区输运系数、共基极电流增益和共发射极电流增益,并讨论如何改善发射效率和基区运输系数？ 29.判断下列两个晶体管的最大电压的机构是否穿通：晶体管1:BUCBO=105V；BUCEO=96V；BUEBO=9V；BUCES=105V 晶体管2：BUCBO=75V； BUCEO=59V； BUEBO=6V.30.已知NPN晶体管共发射极电流增益低频值β0=100,在20MHz下测得电流增益|β|=60.求工作频率上升到400MHz时,β下降到多少？计算出该管的ƒβ和ƒT.31.分别画出NPN晶体管小注入和大注入时基区少子分布图,简述两者的区别于原因.32.硅NPN平面晶体管,其外延厚度为10μm,掺杂浓度N=1015.cm-3,计算|UCB|=20V时,产生有效基区扩展效应的临界电流密度.33.晶体管处于饱和状态时IE=IC+IB的关系式是否成立？画出少子的分布与电流传输图,并加以说明.34.对于具有同样几何形状、杂质分布和少子寿命的硅和锗PNP、NPN管,哪一种晶体管的开关速度最快？为什么？35.硅NPN平面管的基区杂质为高斯分布,在发射区表面的受主浓度为1019 cm-3,发射结构深度为0.75μｍ,集电结结深为1.5μｍ,集电区杂质浓度为1015 cm-3,试求其最大集电极电流浓度？36.硅晶体管的集电区总厚度为100μｍ,面积为10-4cm2,当集电极电压为10V电流为100mA时,其结温与管壳温度之差为几度〔忽略其他介质的热阻〕？37.硅NPN晶体管的基区平均杂质浓度为5×1017cm-3,基区宽度为2,发射极条宽为12μｍ,β=50,如果基区横向压降为kT/q,求发射极最大电流密度.38.在习题37中晶体管的ƒT为800MHz,工作频率为500MHz,如果通过发射极的电流浓度为3000A/cm2,则其发射极有效条宽应为多少？第4章 思考题和习题1.试画出UG =0时,P衬底的SiO2栅极的MOS二级管能带图.2.试画出P型衬底的理想MOS二极管不同偏压下对应截流子积累、耗尽与强反型的能带图与电荷分布示意图.3.试画出SiO2—Si系统的电荷分布图.4.N沟和P沟MOS场效应晶体管有什么不同？概述其基本工作原理.5.制作N沟增强型MOS管衬底材料的电阻率与制作N沟耗尽型MOS管衬底的电阻率,哪个选的应高一些,为什么？6.MOS场效应晶体管的阈值电压UT值电压受那些因素的影响？其中最重要的是哪个？7.MOS场效应晶体。