半导体器件物理复习题2

三．P-N结：

概念题：

1.什么是均匀掺杂P-N结？

半导体的一个区域均匀掺杂了受主杂质，而相邻的区域均匀掺杂了施主杂质。值得注意这种结称谓同质结。

2.冶金结？

P-N结交接面称谓冶金结。

3.空间电荷区或称耗尽区？

冶金结的两边的P区和N区，由于存在载流子浓度梯度而形成了空间电荷区或耗尽区。该区内不存在任何可移动的电子或空穴。N区内的空间电荷区由于存在着施主电离杂质而带正电，P区内的空间电荷区由于存在着受主电离杂质而带负电。

4.空间电荷区的内建电场？

空间电荷区的内建电场方向由N型空间电荷区指向P型空间电荷区。

5.空间电荷区的内建电势差？

空间电荷区两端的内建电势差维持着热平衡状态，阻止着N区的多子电子向P区扩散的同时，也阻止着P区的多子空穴向N区扩散。

6.P-N的反偏状态？ 

P-N结外加电压（N区相对于P区为正，也即N区的电位高于P区的电位）时，称P-N结处于反偏状态。外加反偏电压时，会增加P-N的势垒高度，也会增大空间电荷区的宽度，并且增大了空间电荷区的电场。

7.理解P-N结的势垒电容？

随着反偏电压的改变，耗尽区中的电荷数量也会改变，随电压改变的电荷量可以用P-N结的势垒电容描述。

8.何谓P-N结正偏？并叙述P-N结外加正偏电压时，会出现何种情况？

9.单边突变结？

冶金结一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的P-N结。

10.空间电荷区的宽度？

从冶金结延伸到N区的距离与延伸到P区的距离之和。

练习题：

11.画出零偏与反偏状态下，P-N结的能带图。根据能带图写出内建电势的表达式。

12.导出单边突变结空间电荷区内电场的表达式，并根据导出的表达式描述最大电场的表达式，解释反偏电压时空间电荷区的参数如势垒电容，空间电荷区宽度，电场强度如何随反偏电压变化。

13.若固定ND=1015cm-3,分别计算（1）NA=1015cm-3；（2）NA=1016cm-3；

（3）NA=1017cm-3；（4）NA=1018cm-3；T=300K时的内建电势值。

14.假如硅半导体突变结的掺杂浓度为NA=2X1016cm-3，ND=2X1015cm-3， T=300K。计算（1）Vbi；（2）VR=0与VR=8V时的空间电荷区宽度W，（3）VR=0与VR=8V时的空间电荷区中的最大电场强度。

15.在无外加电压的情况下，利用p-n结空间电荷区中的电场分布图推导出：

（1）内建电势

（2）总空间电荷区宽度W=?

（3）N型一侧的耗尽区宽度

（4）P型一侧的耗尽区宽度

（5）冶金结处的最大电场

解： 

解：由（1）、（2）两方程得：

（3）＋（4）得：

解：将带入（3）和（4）得：

或者可写成： 

解：由方程（1）得：

当外加反向电压等于时：

N型耗尽区上的压降：

N型耗尽区上的压降：

内建电势：

能够认为：吗？

证明：

所以：