PN结作业201109 修复的 修复的.doc

Exercises for PN Junction (2011.9) 1. For a silicon step pn junction, the n side has a net doping of ND=2×1018 cm-3 and the p side has a net doping of NA=5× (1) Find the junction width W0. (2) Find the widths of the n side of the depletion region and the p side of the depletion region. (3) What is the built-in voltage? 解：内建电势 Ｖｂｉ＝ｋＴ 将Ｖｂｉ 耗尽层宽度 Ｗ0＝ = 4.5958× Ｘn Ｘ 2. 对GaAs材料突变PN结，完成第1题给出的计算要求。 解法同1 Ｖｂｉ Ｗ0＝ Ｘn Ｘ 3. (1) 如果PN结的N区长度远大于Lp，但P区长度为一定值Wp，而且P区引出端处少数载流子电子的边界浓度一直保持为0，请采用理想模型推导该PN结电流－电压关系式的表达形式。 (提示：在N区和P区求解时分别采用不同的坐标系，可以简化求解过程中的数学表达式。例如，计算Ip(xn)时，可以将xn位置作为坐标原点； 采用双曲函数表示最终解） 解：P区：将 边界条件n 输运方程d 其通解：δn 代入边界条件：n 0-n 得A=n B=n 又2sinh(WpL δ =n Jn =2eD =e =e 对N区： 边界条件p 输运方程d δ 代入边界条件：C=0，D=p δ Jpx=0 J=J =eD (2) 若P区长度远小于Ln，该PN结电流－电压关系式的表达形式将简化为什么形式？ 解：Wp?Ln (3) 推导上述(2)的结果，理想PN结总电流中势垒区两个边界处少子电流分量In和Ip之比的表达式。 I (4) 如果希望提高比值In/Ip，应该如何调整P区长度Wp、掺杂浓度NA和ND的大小？ 减小Wp 和Na，Nb增大 4. A step pn junction diode is made in silicon with the n side having Nd=1017 cm-3 and the p side having Na=1017 cm-3. It is known that, for the minority carrier, ，Dn=20cm2/s, Dp=11cm2/s. 关键字：公式 解：Ｖｂｉ＝ｋＴ Ｗ0＝ 产生电流密度 Jgen 扩散电流密度：Jd=Js[expe 代入数据，得Jd=-1.1447 Ratio=JgenJ 5. 已知描述二极管直流特性的三个电流参数是IS＝10－14A、ISR＝10－11A、IKF＝ 请采用半对数坐标纸，绘制正偏情况下理想模型电流、势垒区复合电流和特大注入电流这三种电流表达式的I－V曲线，并在此基础上绘制实际二极管正向电流随电压的变化曲线。 Jrec Jd ） 大注入电流Jd∝ IS （VKF，IKF）膝点电流 Ln（J） 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 -17 -18 -19 -20 V 6. A one-sided step n+p junction（单边突变结） diode with Na=1017 cm-3 has a junction area of 100μm2. It is known that, Vbi=0.98V，for the minority carrier, , Dn=20cm2 (1) Please compare the junction capacitance and the diffusion capacitance under reverse bias Va=-5V . (2) Compare the junction capacitance and the diffusion capacitance under forward bias Va=0.75V . 重点考察：势垒电容 扩散电容公式 解：Cj=Ae?sN 由于是单边突变结 Na? 扩散电容Cd=(e2kT)( Ln In = A( 将以上表达式代入Cd表达式中，并代入数据得 Cd=-0.53835×10 2、解：Cj=Ae? Cd=2.02835×