PN結(jié)作業(yè)201109(修復(fù)的)(修復(fù)的)課件

1、Exercises for PN Junction(2011.9)1. For a silicon step pn junction, the n side has a net doping of Nd=2 x 1018 cm-3 and the p 15-3side has a net doping of AN=5X 10 cm .(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.解：內(nèi)建

2、電勢(shì)'VDkl(3) What is the built-in voltage?CZXlOXSKlO cc.CZ,=0.02591n=0.8139V2耗盡層寬度將V 和其他數(shù)據(jù)代入 bisxio15*2xio:eSxlOxZxlO18%-% ZJ 2/U_'885a10-UX0 8B9% nJ = irnF5=4.5958，（k 一 1二X .：&一.： 1cm n N -N.02 dXW°-X 產(chǎn) 5843X1。、2.對(duì)GaAs材料突變 解法同1PN結(jié)，完成第1題給出的計(jì)算要求。Win明、=1.2816V;£n=6.1023"i 二】v

3、NX =3n N +N1 dW-3 cmX=WrXn = 6.0871X10-5cm3. (1)如果PN結(jié)的N區(qū)長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于Lp,但P區(qū)長(zhǎng)度為一定值Wp,而且P區(qū)引出端處少數(shù)載流子電子的邊界濃度一直保持為 0,請(qǐng)采用理想模型推導(dǎo)該 PN結(jié)電流-電壓關(guān) 系式的表達(dá)形式。(提示：在N區(qū)和P區(qū)求解時(shí)分別采用不同的坐標(biāo)系，可以簡(jiǎn)化求解過程中的數(shù)學(xué)表 達(dá)式。例如，計(jì)算Ip(Xn)時(shí)，可以將xn位置作為坐標(biāo)原點(diǎn)； 采用雙曲函數(shù)表示最終解)解:P區(qū):書-.1;作為起糠邊界條件一輸運(yùn)方程一 一一2 G其通解：二 二二 A二 1二代入邊界條件：二【小w又2sinh()=包甲 ki對(duì)N區(qū):邊界條件pJo)=Pn 叩

4、倍) np(x->®) = pn0輸運(yùn)方程M/ 6Pn - A2 弓SpB = pn - Pn0 = 8" 卬 - D 叫代入邊界條件:C=0, D=l%e、P 二 1r /eV；、di |際=p110kxp q-lEJ= I=靜麗管)-小靜觸悟)-山汕為(2)若P區(qū)長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于Ln,該P(yáng)N結(jié)電流一電壓關(guān)系式的表達(dá)形式將簡(jiǎn)化為什么形式？解:此Ln sinh償卜(3)推導(dǎo)上述(2)的結(jié)果，理想PN結(jié)總電流中勢(shì)壘區(qū)兩個(gè)邊界處少子電流分量In和Ip之比的表達(dá)式。 如果希望提高比值In/Ip,應(yīng)該如何調(diào)整P區(qū)長(zhǎng)度Wp、摻雜濃度Na和Nd的大小?減小Wp和Na, Nb增大4. A

5、 step pn junction diode is made in silicon with the n side having d=1017 cm-3 and the p side having Na=1017 cm-3. It is known that, for the minority carrier,622.品之如=0=6父10 s , Dn=20cm/s, Dp=11cm/s. Please estimate the ratio of thegeneration current to the diffusion current under the reverse bias of

6、-4.17V關(guān)鍵字：公式解：.二衛(wèi) I Tl 'Jl=0.0259ln (1)=0.8139Vb 1 e2fisio1 呼產(chǎn)生電流密度I . - - 1 4 U - n:擴(kuò)散電流密度：卜雄即歸F其中卜老+等I,4=而,釬醞代入數(shù)據(jù)，得 =-1.1447 I,之tnrRatio=- =6.276 |二 Id5. 已知描述二極管直流特性的三個(gè)電流參數(shù)是IS=10T4A、Isr= 10T1A、Ikf=0.1A (請(qǐng)采用半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙，繪制正偏情況下理想模型電流、勢(shì)壘區(qū)復(fù)合電流和特大注入電流 這三種電流表達(dá)式的IV曲線，并在此基礎(chǔ)上繪制實(shí)際二極管正向電流隨電壓的變化 曲線。id=u®p

7、(S)-ii大注入電流IS(VKF , IKF)膝點(diǎn)電流6. A one-sided step np junction (單邊突變結(jié))diode with Na=1017 cm-3 has a junction area26of 100 pm. It is known that, Vbi=0.98V, for the minority carrier, %=3父10 s, 2Dn=20cm /s(1) Please compare the junction capacitance and the diffusion capacitance under reverse bias Va=-5V .

8、(2) Compare the junction capacitance and the diffusion capacitance under forward bias Va=0.75V .重點(diǎn)考察：勢(shì)壘電容 擴(kuò)散電容公式解:CMfcgJ16X1D-15X117X885>1O-：S1O=3.7219由于是單邊突變結(jié) Ng»'小所以電流主要由電子部分構(gòu)成，即e t擴(kuò)散電容Cd=()( J.)將以上表達(dá)式代入Cd表達(dá)式中，并代入數(shù)據(jù)得Cd=-0.53835 11廠F2、解：2說=1.8978)(10-叫Cd=2.02835 L 一 f7.已知300K時(shí)PN結(jié)的Is=101

9、4A,正向直流偏置為 V0= 0.5V(1)計(jì)算小信號(hào)電導(dǎo)g(2)若在直流偏置的基礎(chǔ)上，電壓增量為 V = 1mV、5 mV、26 mV,請(qǐng)分別采用下面 兩種方法，計(jì)算電流的變化量，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果說明 小信號(hào)”的條件。方法一：采用小信號(hào)電導(dǎo)公式 AIMgAV方法二：直接采用計(jì)算電流增量的表達(dá)式： I =ISexpe(V0+zV)/(kT) ISexpe(V0)/(kT)Sd嚴(yán)闿T)=1曠"呼慮)T)d2l"10金一工=9.349 l.|i S方法一：zV = 1mV: AI = gA V=9.349X IO_5 X 1 X 10-3=9.349X lO-8 V = 5mV:

10、 AI = gAV=9.349x 10"5X 5 X 10一3=4.675乂 lfl-7A V = 26mV: AI=gAV=9.349X IO'5 X 26 X 103=2.43O7X 10%方法二： 1=1 sexpe(Vb+ V)/(kT) I sexpe(Vb)/(kT) V = 1mV: AI=9.5318X 10-8A V = 5mV: AI=5.1562X 107A V = 26mV: AI=4.186X 10-6A從計(jì)算結(jié)果得知，小信號(hào)條件為 八We/kT8.已知如右圖所示的脈沖信號(hào) Vpn通過電阻R加在PN結(jié)兩端，請(qǐng)繪制PN結(jié)上的電壓以及流過PN結(jié)的電流隨時(shí)間變化的曲線示意圖（假設(shè)脈寬遠(yuǎn)大于開關(guān)時(shí)間）V kT Jpn(0,t),Vj (t)Inq < Pn0 )pn隨時(shí)間的分布pn(0,t)> pn0,(0至ts內(nèi))，節(jié)電壓保持在kT/q的量級(jí)，在此時(shí)間間隔內(nèi)，反向電流近似恒定，ts時(shí)刻后，空穴濃度開始減小到平衡態(tài)以下，節(jié)電壓開始趨近于Vr。9. 下表列出了二極管的主要模型參數(shù)。請(qǐng)完成“含義” 一欄以及“默認(rèn)值” 一欄空缺