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1、word最小电导率a. 考虑半导体的电导率。掺杂总是能提高电导率吗？b. 请说明：当Si的p型掺杂而使空穴浓度为下式所表示的值时，可以得到最小的电导率。与该式对应的最小电导率最大电阻率为c. 对Si计算和，并与本征值进展比拟。解析：a. 半导体的电导率，其中，n和p满足质量作用定律，在一定的温度下，np为常数。当掺杂增大电子浓度n时，空穴浓度p如此会减小，反之亦然。在掺杂浓度一定时，由于，如果对半导体进展n型掺杂，如此np，显然随着掺杂浓度的增大，电导率s会增大；如果对半导体进展p型掺杂，如此np，显然随着掺杂浓度的增大，电导率s先减小后增大；当对半导体进展补偿掺杂时，电子浓度和空穴浓度可能会
2、不变，电导率s也会不变。另外，掺杂会导致电子和空穴迁移率和的减小。所以，掺杂不一定能提高电导率。b. 将即带入得，因此，当Si的p型掺杂而使空穴浓度逐渐增大时，电导率s先减小后增大。对求导得，令得，相应地。即当空穴浓度为时，电导率最小，为。c. 室温下，对于Si，带入和得假设取，如此有5.13 砷化镓 Ga具有的化合价是3，而As具有的化合价是5。当Ga和As原子一起形成GsAs单晶体时，如图5.54所示，一个Ga的3个价电子与一个As的5个价电子均共享，结果形成4个共价键。在具有大约Ga原子和As原子数量几乎相等的GsAs晶体中，无论是Ga还是As，每个原子平均具有4个价电子。因此我们可以认
3、为：其价键的结合与Si晶体中的相似，每个原子4个键。然而，它的晶体结构却不是金刚石结构，而是闪锌矿结构。a. 对于每对Ga和As原子，以与在GaAs晶体中，每个原子的平均价电子数是多少？b. 如果在GaAs晶体中以族元素硒Se或碲Te代替As原子，情况如何？c. 如果在GaAs晶体中以族元素锌Zn或镉Cd代替Ga原子，情况如何？d. 如果在GaAs晶体中以族元素硅Si代替As原子，情况如何？e. 如果在GaAs晶体中以族元素硅Si代替Ga原子，情况如何？两性掺杂表示什么？f. 基于以上对GaAs的讨论，你认为-族化合物半导体AlAs，GaP，InAs,InP和InSb的晶体结构是什么？解：a.
4、 对于每对Ga和As原子，以与在GaAs晶体中，每个原子的平均价电子数是4. b. 族元素硒Se或碲Te具有的化合价是6，Ga具有的化合价是3。当在GaAs晶体中以硒Se或碲Te代替As原子时，一个Ga的3个价电子与一个硒Se或碲Te的5个价电子共享，形成4个共价键，而每个硒Se或碲Te剩余1个价电子未能组成价键，这个电子便围绕硒Se或碲Te原子运行。室温下，由于GaSe或GaTe晶格的振动，该价电子很容易被释放，即硒Se或碲Te原子成为施主原子。c. 族元素锌Zn或镉Cd具有的化合价是2， As具有的化合价是5。当在GaAs晶体中以硒锌Zn或镉Cd代替Ga原子时，一个硒锌Zn或镉Cd的2个价
5、电子与As的5个价电子共享，形成4个共价键，但其中一个价键将少一个电子，即有一个空穴，临近的电子可以通过隧穿进入该空穴，并且室温下该空穴可摆脱Zn-或镉Cd-格点而成为自由空穴，即硒锌Zn或镉Cd原子成为受主原子。d. Ga具有的化合价是3，Si具有的化合价是4。当在GaAs晶体中以族元素硅Si代替As原子时，一个Ga原子的3个价电子与Si的4个价电子共享，形成4个共价键，但其中一个价键将少一个电子，即有一个空穴，临近的电子可以通过隧穿进入该空穴，并且室温下该空穴可摆脱Ga-格点而成为自由空穴，即Ga原子成为受主原子。还是Si是施主原子？e. Si具有的化合价是4，As具有的化合价是5。当在G
6、aAs晶体中以族元素硅Si代替Ga原子，一个Si的4个价电子与As的4个价电子共享，形成4个共价键，而每个As剩余1个价电子未能组成价键，这个电子便围绕As原子运行。室温下，由于SiAs晶格的振动，该价电子很容易被释放，即As原子成为施主原子。还是Si是受主原子？两性掺杂是指同时具有施主和受主来控制其性能的掺杂，对于GaAs晶体，当用Si原子进展掺杂时，由上面的讨论可知，Si原子既可代替Ga原子，又可以代替As原子。f. 基于以上对GaAs的讨论，-族化合物半导体AlAs，GaP，InAs,InP和InSb的晶体结构应该是闪锌矿结构。5.26 肖特基接触与欧姆接触 考虑一个以施主浓度为掺杂的n
7、型Si样品，其长度为100m，横截面积A为。样品两端标记为B和C。Si的电子亲和能c是4.01eV，在B和C接触的4种可能的金属的功函数如表5.5所示。表5.5 功函数eVCsLiAlAua.理想情况下，哪些金属将产生肖特基接触？b.理想情况下，哪些金属将产生欧姆接触？c.如果B和C均为欧姆接触，请画出I-V特性的草图；I与V之间是什么关系？d.如果B为欧姆接触，C为肖特基接触，请画出I-V特性的草图；I与V之间是什么关系？e. 如果B和C均为肖特基接触，请画出I-V特性的草图；I与V之间是什么关系？解：对于n型Si，掺杂浓度，由于，所以由得如此该n型Si的功函数为理想情况下，当金属的功函数高
8、于半导体的功函数时可以产生肖特基接触，反之可以产生欧姆接触，所以a. 理想情况下，Al和Au将产生肖特基接触。b. 理想情况下，Cs和Li将产生欧姆接触。c.如果B和C均为欧姆接触，电流由半导体体区局部的电阻决定，电流密度为，其中s是半导体体区局部的电导率，E是在该局部所加的电场。如此有所以有，即电流与电压为线性关系。d. 当B端电压为正、C端电压为负时，由于B端为欧姆接触，其电阻小于半导体体区电阻，C端为肖特基接触其电阻高于半导体体区电阻，电压降落在高阻区，因此电流由C端决定，C端为肖特基结反向偏置，有，反向饱和电流为。当B端电压为负、C端电压为正时，B端为欧姆接触，其电阻小于半导体体区电阻
9、，C端为肖特基接触其电阻高于半导体体区电阻，电压降落在高阻区，因此电流由C端决定，C端为肖特基结正向偏置，有。对不对？e. 如果B和C均为肖特基接触，当B端为正、C端为负时，B端肖特基结正向偏置而C端肖特基结反向偏置，因此电流由C端决定，有,反向饱和电流为。当B端为负、C端为正时，B端肖特基结反向偏置而C端肖特基结正向偏置，因此电流由B端决定，有，反向饱和电流为。6.2 Si pn结 考虑一个长pn结二极管，其p区的受主掺杂浓度为，n区的施主掺杂浓度为。二极管正向偏置，外加偏压0.6V。结横截面是1mm2。少数载流子复合时间t取决于掺杂浓度并遵守如下近似关系：a.假设，那么耗尽层根本上扩展到n
10、区，我们不得不考虑这个区域的少数载流子复合时间。计算扩散和复合对总的二极管电流的贡献。你的结论是什么？b. 假设，那么耗尽区宽度W向两边扩展等宽，而且。计算扩散和复合对总的二极管电流的贡献。你的结论又是什么？解：外加偏压，对于长二极管，正偏时其总电流密度为其中，为扩散电流密度，为复合电流密度，且。a. 当，时，耗尽层根本上扩展到n区，该区域少数载流子的复合时间为根据图5.19，在掺杂浓度为的条件下，空穴的漂移迁移率是，所以由爱因斯坦关系式得如此有由于，所以如此扩散电流密度为扩散电流为假设取，如此有未加偏压时该pn结二极管的内建电势V0为由于，所以耗尽区宽度W为而，如此 如此复合电流密度为复合电
11、流为假设取，如此有如此总电流为综上，当长pn结二极管一端为重掺杂时，总的二极管电流主要由扩散产生，复合对总的二极管电流的贡献很小。b. 当时，耗尽区向两边等宽扩展，且根据图5.19，在掺杂浓度为的条件下，电子和空穴的漂移迁移率分别是和，由爱因斯坦关系式和得如此有所以如此扩散电流密度为扩散电流为假设取，如此有未加偏压时该pn结二极管的内建电势V0为如此耗尽区宽度W为由得，如此 如此复合电流密度为复合电流为如此总电流为假设取，如此有总电流为综上，当长pn结二极管两端掺杂浓度相差不多时，总的二极管电流由扩散和复合产生。6.5 雪崩击穿 考虑一个Si p+br，施主掺杂浓度应该是多少？解：NdNa，如
12、此耗尽区宽度为由式6.4可知，最大电场为令，如此有当场强的单位为V/m，掺杂浓度的单位为cm-3时，有如此上式表示的曲线与图6.19中曲线的交点即为击穿所对应的场强即施主掺杂浓度。没算出结果6.13 JFET放大器 考虑一个夹断电压VP=5V和IDSS=10mA的n沟JFET。它用于图6.34a中所示的共源结构，其中栅源偏压VGS=-1.5V。假定VDD=25Va. 如果需要达到小信号电压增益10，漏极电阻RD应该是多少？VDS是多少？b. 如果峰峰3V的交流信号施加到栅极与直流偏压串联，那么交流输出的峰峰电压是多少？对于正输入信号和负输入信号的电压增益是多少？你的结论如何？解：a. 对于小信号输入，其电压增益为其中，如此有即b. vgs(V)VGS(V)IDS(mA)id(mA)VDS=VDD -IDSRD(V)vds(V)电压增益备注000静态工作点-3负峰值正峰值010正峰值(无效)正输入信号的电压增益为负输入信号的电压增益为可以看出，由于IDS-VGS的非线性关系，对于大信号输入，正输入信号和负输入信号的电压增益相差很多，导致输出信号的不对称增强。 /
