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）浓度远小于该区的（

）浓度远大于该区的（

）电荷随外加电压的变化率。

）浓度，因此该区总

PN结的掺杂浓度越高，

则势垒电容就越（）；

外加反向电压越高，则势垒电容就越（）。

电容就越（）；

少子寿命越长，则扩散电容就越（）。

问答与计算题

1、简要叙述PN结空间电荷区的形成过程。

2、什么叫耗尽近似？

什么叫中性近似？

3、什么叫突变结？

什么叫单边突变结？

什么叫线性缓变结？

分别画出上述各种PN结的杂质浓度分布图、内建电场分布图和外加正向电压及反向电压时的少子浓度分布图。

4、PN结势垒区的宽度与哪些因素有关？

5、写出PN结反向饱和电流Io的表达式，并对影响Io的各种因素进行讨论。

6、PN结的正向电流由正向扩散电流和势垒区复合电流组成。

试分别说明这两种电流随外加正向电压的增加而变化的规律。

当正向电压较小时以什么电流为主？

当正向电压较大时以什么电流为主？

7、什么是小注入条件？

什么是大注入条件？

写出小注入条件和大注入条件下的结定律，并讨论两种情况下中性区边界上载流子浓度随外加电压的变化规律。

在工程实际中，一般采用什么方法来计算PN结的雪崩击穿电压？

9、简要叙述PN结势垒电容和扩散电容的形成机理及特点。

10、当把PN结作为开关使用时，在直流特性和瞬态特性这两方面，PN结与理想开关相比有哪些差距？

引起PN结反向恢复过程的主要原因是什么？

11、某突变PN结的Nd=1.5X1015cm-3,Na=1.5X1018cm-3，试求nno,pno,ppo和npo的值，并求当外加0.5V正向电压和（-0.5V）反向电压时的np（-xp）和pn（xn）的值。

12、某突变PN结的Nd=1.5X1015cm-3,Na=1.5X1018cm-3，计算该PN结的内建电势Vbi之值。

13、有一个P沟道MOSFET的衬底掺杂浓度为Nd=1.5X1015cm-3，另一个N沟道MOSFET的衬底掺杂浓度为Na=1.5X1018cm-3。

试分别求这两个MOSFET的衬底费米势，并将这两个衬底费米势之和与上题的V^相比较。

14、某突变PN结的Nd=1.5X1015cm-3,Na=1.5X1018cm-3,试问Jdp是Jdn的多少倍？

15、已知某PN结的反向饱和电流为Io=10-12A，试分别求当外加0.5V正向电压和（-0.5V）反向电压时的PN结扩散电流。

16、已知某PN结的反向饱和电流为Io=10-11A，若以当正向电流达到10-2A作为正向导通的开始，试求正向导通电压Vf之值。

若此PN结存在寄生串联电阻Rcs=4Q,则在同样的测试条件下Vf将变为多少？

17、某硅单边突变结的雪崩击穿临界电场Ec=3.5X105Vcm-1，开始发生雪崩击穿时的耗尽区宽度XdB=

8.57卩m,求该PN结的雪崩击穿电压Vb。

若对该PN结外加|V|=0.25Vb的反向电压，则其耗尽区宽度为多少？

18、如果设单边突变结的雪崩击穿临界电场eC与杂质浓度无关，则为了使雪崩击穿电压Vb提高1倍，发生

雪崩击穿时的耗尽区宽度XdB应为原来的多少倍？

低掺杂区的杂质浓度应为原来的多少倍？

19、某突变PN结的Vbi=0.7V，当外加-4.3V的反向电压时测得其势垒电容为8pF,则当外加-19.3V的反向电压时其势垒电容应为多少？

20、某突变结的内建电势Vbi=0.7V，当外加电压V=0.3V时的势垒电容与扩散电容分别是2pF和2X10-4pF,试求当外加电压V=0.6V时的势垒电容与扩散电容分别是多少？

21、某硅突变结的nA=1X1016cm-3,nD=5X1016cm-3，试计算平衡状态下的

（1）内建电势Vbi；

（2）P区耗尽区宽度xp、N区耗尽区宽度xn及总的耗尽区宽度XD；

（3）最大电场强度£

max。

22、某单边突变结在平衡状态时的势垒区宽度为XD0，试求外加反向电压应为内建电势Vbi的多少倍时，才能

使势垒区宽度分别达到2Xd0和3xd0。

23、一块同一导电类型的半导体，当掺杂浓度不均匀时，也会存在内建电场和内建电势。

设一块N型硅的

两个相邻区域的施主杂质浓度分别为nD1和nD2,试推导出这两个区域之间的内建电势公式。

如果nD1=1X

1020cm-3,

nD2=1X1016cm-3,则室温下内建电势为多少？

24、试推导出杂质浓度为指数分布N=N0exp（-x/l）的中性区的内建电场表达式。

若某具有这种杂质浓度分布

的硅的表面杂质浓度为1018cm-3,入=0.4卩m,试求其内建电场的大小。

再将此电场与某突变PN结的耗尽区中

25、图P2-1所示为硅PIN结的杂质浓度分布图，符号I代表本征区。

（1）试推导出该PIN结的内建电场表达式和各耗尽区长度的表达式，并画出内建电场分布图。

（2）将此PIN结的最大电场与不包含I区的PN结的最大电场进行比较。

设后者的P区与N区的掺杂浓度分别与前者的P区与N区的相同。

iNd-Na

Nd

►jr

图P2-2

26、某硅中的杂质浓度分布如图P2-2所示，施主杂质和受主杂质的浓度分别为Nd（x）=1016exp（-x/2X10-4）cm-3

和Na（x）=NA（0）exp（-x/10-4）cm-3

（1）如果要使结深xj=1卩m,则受主杂质的表面浓度nA（O）应为多少？

（2）试计算结深处的杂质浓度梯度A的值。

（3）若将此PN结近似为线性缓变结，设Vbi=0.7V，试计算平衡时的耗尽区最大电场&

max,并画出内建电场

分布图。

27、试证明在一个P区电导率erp远大于N区电导率cm的PN结中，当外加正向电压时空穴电流远大于电

子电流。

28、已知ni2=NcNvexp（-eG/kT）=CkT3exp（-eGo/kT），式中nc、nv分别代表导带底、价带顶的有效状态密度，

eGo代表绝对零度下的禁带宽度。

低温时反向饱和电流以势垒区产生电流为主。

试求反向饱和电流Io与温度的关

系，并求Io随温度的相对变化率（dlo/dT）/lo,同时画出电压一定时的lo~T曲线。

29、某P+N-N+结的雪崩击穿临界电场&

c为32V/卩m,当N-区的长度足够长时，击穿电压Vb为144V。

试求

当N-区的长度缩短为3卩m时的击穿电压为多少？

30、已知某硅单边突变结的内建电势为0.6V，当外加反向电压为3.0V时测得势垒电容为10pF,试计算当外加0.2V正向电压时的势垒电容。

31、某结面积为10-5cm2的硅单边突变结，当（Vbi-V）为1.0V时测得其结电容为1.3pF，试计算该PN结低掺杂一侧的杂质浓度为多少？

32、某PN结当正向电流为10mA时，室温下的小信号电导与小信号电阻各为多少？

当温度为100°

C时它

们的值又为多少？

33、某单边突变P+N结的N区杂质浓度nD=1016cm-3,N区少子扩散长度Lp=10卩m,结面积A=0.01cm2,外加0.6V的正向电压。

试计算当N区厚度分别为100卩m和3卩m时存储在N区中的非平衡少子的数目。

第三章双极结型晶体管

1、晶体管的基区输运系数是指（）电流与（）电流之比。

由于少子在渡越基区的过程中会发生（）,从而使基区输运系数（）。

为了提高基区输运系数，应当使

基区宽度（）基区少子扩散长度。

2、晶体管中的少子在渡越（）的过程中会发生（）,从而使到达集电结的少子比从发射结注入基区

的少子（）。

3、晶体管的注入效率是指（

）

电流与（

）电流之比。

为了提高注入

效率，应当使（）区掺杂浓度远大于（

）区掺杂浓度。

4、晶体管的共基极直流短路电流放大系数

a是指发射结（

）偏、

集电结（）偏时的（

）电流与

（

5、晶体管的共发射极直流短路电流放大系数

卩是指（

）结正偏、（）结零偏时的

（）电流

与

（）电流之比。

6、在设计与制造晶体管时，为提高晶体管的电流放大系数，

应当（

）基区宽度，（

）基区掺杂浓度。

7、某长方形薄层材料的方块电阻为100Q,长度和宽度分别为300卩m和60卩m,则其长度方向和宽度方向

上的电阻分别为（）和（）。

若要获得1kQ的电阻，则该材料的长度应改变为（）。

在缓变基区晶体管的基区中会产生一个（）,它对少子在基区中的运动起到（）的作用，使

少子的基区渡越时间（）。

9、小电流时a会（）。

这是由于小电流时，发射极电流中（）的比例增大，使注入效率下降。

10、发射区重掺杂效应是指当发射区掺杂浓度太高时，不但不能提高（）,反而会使其（）。

造

成发射区重掺杂效应的原因是（）和（）。

11、在异质结双极晶体管中，发射区的禁带宽度（）于基区的禁带宽度，从而使异质结双极晶体管的

（）大于同质结双极晶体管的。

12、当晶体管处于放大区时，理想情况下集电极电流随集电结反偏的增加而（）。

但实际情况下集电极

电流随集电结反偏增加而（），这称为（）效应。

13、当集电结反偏增加时，集电结耗尽区宽度会（）,使基区宽度（）,从而使集电极电流（）,

这就是基区宽度调变效应（即厄尔利效应）。

14、IES是指（）结短路、（）结反偏时的（）极电流。

15、Ics是指（）结短路、（）结反偏时的（）极电流。

16、

Icbo是指（

）极开路、（

）结反偏时的（

）极电流。

17、

Iceo是指（

18、

IEBO是指（

19、

BVcbo是指（

）结反偏，当（

）78时的Vcb°

20、

BVceo是指（

时的Vce°

21、

BVebo是指（

）78时的Veb°

22、

基区穿通是指当集电结反向电压增加到使耗尽区将（

全部占据时，集电极电流急剧增大的现象。

防止基区穿通的措施是（）基区宽度、（）基区掺杂浓度。

比较各击穿电压的大小时可知，要降低基极电阻rbb'

，应当（无源基区重掺杂的目的是（发射极增量电阻re的表达式是随着信号频率的提高，晶体管的在高频下，

1、画出NPN晶体管在饱和状态、截止状态、放大状态和倒向放大状态时的少子分布图。

画出NPN晶体管在饱和状态、截止状态、放大状态和倒向放大状态时的能带图。

2、画出共基极放大区晶体管中各种电流的分布图，并说明当输入电流Ie经过晶体管变成输出电流Ic时，发

生了哪两种亏损？

3、倒向晶体管的电流放大系数为什么小于正向晶体管的电流放大系数？

4、提高基区掺杂浓度会对晶体管的各种特性，如丫、％、卩、Cte、BVebo、Vpt、Va、rbb'

等产生什么影响?

5、减薄基区宽度会对晶体管的上述各种特性产生什么影响？

6、先画出双极晶体管的理想的共发射极输出特性曲线图，并在图中标出饱和区与放大区的分界线，然后再分别画出包括厄尔利效应和击穿现象的共发射极输出特性曲线图。

7、画出包括基极电阻在内的双极型晶体管的简化的交流小信号等效电路。

什么是双极晶体管的特征频率仃？

写出仃的表达式，并说明提高fT的各项措施。

9、写出组成双极晶体管信号延迟时间Tec的4个时间的表达式。

其中的哪个时间与电流Ie有关？

这使fT随

Ie的变化而发生怎样的变化？

10、说明特征频率fT的测量方法。

11、什么是双极晶体管的最高振荡频率fM?

写出fM的表达式，说明提高fM的各项措施。

12、画出高频晶体管结构的剖面图，并标出图中各部分的名称。

13、某均匀基区NPN晶体管的WB=1口m,DB=20cm2s-1，试求此管的基区渡越时间tb。

当此管的基区少子

电流密度JnE=102Acm-2时，其基区少子电荷面密度Qb为多少？

14、某均匀基区晶体管的Wb=2口m,Lb=10口m,试求此管的基区输运系数卩*之值。

若将此管的基区掺杂改为如式（3-28）的指数分布，场因子n=6，则其卩*变为多少？

15、某均匀基区NPN晶体管的Wb=2口m,NB=1017cm-1,Db=18cm2s-1,tb=5X10-7s,试求该管的基区输运系数厂之值。

又当在该管的发射结上加0.6V的正向电压，集电结短路时，该管的JnE和JnC各为多少？

16、某均匀基区晶体管的注入效率Y=0.98，若将其发射结改为异质结，使基区的禁带宽度eGB比发射区的禁带宽度eGE小0.08eV，则其注入效率y变为多少？

若要使其Y仍为0.98，则其有源基区方块电阻RdB1可以减小到原来的多少？

17、某双极型晶体管的Rdb1=1000Q,Rde=5Q,基区渡越时间tb=10「9s，当Ib=0.1mA时,Ic=10mA，求该管的基区少子寿命Tbo

18、某晶体管的基区输运系数卩*=0.99，注入效率Y=0.97，试求此管的a与卩。

当此管的有源基区方块

电阻R^B1乘以3，其余参数均不变时，其a与卩变为多少？

19、某双极型晶体管当IB仁0.05mA时测得|C1=4mA，当Ib2=0.06mA时测得Ic2=5mA，试分别求此管当

lc=4mA时的直流电流放大系数卩与小信号电流放大系数卩Oo

20、某缓变基区NPN晶体管的BVcbo=120V,卩=81，试求此管的BVceo。

21、某高频晶体管的和=5MHz，当信号频率为f=40MHz时测得其|卩十10，则当f=80MHz时|为多少？

该管的特征频率fT为多少？

该管的卩0为多少？

22、某高频晶体管的卩0=50,当信号频率f为30MHz时测得IX|=5,求此管的特征频率fT，以及当信号频率f分别为15MHz和60MHz时的|卩w之值。

23、某高频晶体管的基区宽度Wb=1卩m,基区渡越时间tb=2.7X10-10s,fT=550MHz。

当该管的基区宽度减为0.5卩m,其余参数都不变时，fT变为多少？

24、某高频晶体管的和=20MHz，当信号频率为f=100MHz时测得其最大功率增益为Kpmax=24，则当f=200MHz

时Kpmax为多少？

该管的最高振荡频率fM为多少？

25、画出NPN缓变基区晶体管在平衡时和在放大区、饱和区及截止区工作时的能带图。

26、画出NPN缓变基区晶体管在平衡时和在放大区、饱和区及截止区工作时的少子分布图。

27、某晶体管当Ib1=0.05mA时测得Ic1=4mA，当Ib2=0.06mA时测得Ic2=5mA，试分别求此管当lc=4mA时的直流电流放大系数卩与增量电流放大系数卩0o

28、已知某硅NPN均匀基区晶体管的基区宽度Wb=2卩m，基区掺杂浓度nB=5X1016cm-3，基区少子寿命

tB=1s,基区少子扩散系数Db=15cm2s-1，以及从发射结注入基区的少子电流密度JnE=0.1A/cm2。

试计算

基区中靠近发射结一侧的非平衡少子电子浓度nb（0）、发射结电压Vbe和基区输运系数卩*。

29、已知某硅NPN缓变基区晶体管的基区宽度Wb=0.5im,基区少子扩散系数Db=20cm2s-1，基区自建场

因子n=20,试计算该晶体管的基区渡越时间tb。

30、对于基区和发射区都是非均匀掺杂的晶体管，试证明其注入效率Y可表为

上式中，Qeo和Qbo分别代表中性发射区和中性基区的杂质电荷总量，De和Db分别代表中性发射区和中性

基区的少子有效扩散系数。

31、已知某硅NPN均匀基区晶体管的基区宽度Wb=0.7im,基区掺杂浓度nB=1017cm-3,基区少子寿命

tB=10-7s,基区少子扩散系数Db=18cm2s-1,发射结注入效率Y=0.995,发射结面积Ae=1041m2。

表面和势

垒区复合可以忽略。

当发射结上有0.7V的正偏压时，试计算该晶体管的基极电流Ib、集电极电流Ic和共基极电

流放大系数a分别等于多少？

32、已知某硅NPN均匀基区晶体管的基区宽度Wb=0.5卩m,基区掺杂浓度nB=4x1017cm-3,基区少子寿命

tB=10-6s,基区少子扩散系数Db=18cms-1,发射结面积Ae=10-5cm2。

（1）如果发射区为非均匀掺杂，发射区的杂质总数为QEo/q=8x10个原子，发射区少子扩散系数De=2cm2s-1,

试计算此晶体管的发射结注入效率丫。

（2）试计算此晶体管的基区输运系数卩*。

（3）试计算此晶体管的共发射极电流放大系数卩。

（4）在什么条件下可以按简化公式

来估算卩？

在本题中若按此简化公式来估算卩，则引入的百分误差是多少？

33、在N型硅片上经硼扩散后，得到集电结结深xjc=2.1卩m,有源基区方块电阻RdB1=800Q,再经磷扩散

后，得发射结结深Xje=1.3卩m,发射区方块电阻Rde=10Q。

设基区少子寿命tB=10-7s,基区少子扩散系数Db=

15cm2s-1，基区自建场因子n=8，试求该晶体管的电流放大系数a与卩分别为多少？

34、在材料种类相同，掺杂浓度分布相同，基区宽度相同的条件下，PNP晶体管和NPN晶体管相比，哪种

晶体管的发射结注入效率Y较大？

哪种晶体管的基区输运系数3*较大？

35、已知某硅NPN均匀基区晶体管的基区宽度Wb=2.5卩m，基区掺杂浓度nB=1017cm-3,集电区掺杂浓度nc=10cm-3,试计算当Vcb=0时的厄尔利电压Va的值。

36、有人在测晶体管的Iceo的同时，错误地用一个电流表去测基极与发射极之间的浮空电势，这时他声称测到的Iceo实质上是什么？

37、某高频晶体管的f3=20MHz，当信号频率f=100MHz时测得其最大功率增益Kpmax=24。

试求：

（1）该晶体管的最高振荡频率fM。

（2）当信号频率f为200MHz时该晶体管的Kpmax之值。

38、某硅NPN缓变基区晶体管的发射区杂质浓度近似为矩形分布，基区杂质浓度为指数分布，从发射结处

的nB（0）=1018cm-3，下降到集电结处的nb（Wb）=5x10cm-3，基区宽度Wb=2卩m,基区少子扩散系数Db=12cm2/s，基极电阻Rbb=75Q,集电区杂质浓度nc=1015cm-3，集电区宽度Wc=10卩m,发射结面积Ae和集电结面积Ac均为

5X10-4cm2。

工作点为：

le=10mA,Vcb=6V。

（正偏的势垒电容可近似为零偏势垒电容的2.5倍。

）试计算：

）,形成连通（）区和（）区的导电沟道，在VDS的作用

3、当Vgs=Vt时，栅下的硅表面发生（F产生漏极电流。

4、N沟道MOSFET中，Vgs越大，则沟道中的电子就越（），沟道电阻就越（），漏极电流就越（）。

5、在N沟道MOSFET中，Vt>

0的称为增强型，当Vgs=0时MOSFET处于（）状态；

Vt<

0的称为耗尽

型，当Vgs=0时MOSFET处于（）状态。

6、由于栅氧化层中通常带（）电荷，所以（）型区比（）型区更容易发生反型。

7、要提高N沟道MOSFET的阈电压Vt,应使衬底掺杂浓度nA（），使栅氧化层厚度Tox（）。

N沟道MOSFET饱和漏源电压VDsat的表达式是（）。

当VDs>

=VDsat时，MOSFET进入（）

区，漏极电流随Vds的增加而（）。

9、由于电子的迁移率口n比空穴的迁移率口p（）,所以在其它条件相同时，（）沟道MOSFET的IDsat比（）沟道MOSFET的大。

为了使两种MOSFET的IDsat相同，应当使N沟道MOSFET的沟道宽度（）P沟道MOSFET的。

10、当N沟道MOSFET的Vgs<

Vt时，MOSFET（）导电，这称为（）导电。

11、对于一般的MOSFET，当沟道长度加倍，而其它尺寸、掺杂浓度、偏置条件等都不变时，其下列参数

发生什么变化：

Vt（）、IDsat（）、Ron（）>

gm（）。

12、由于源、漏区的掺杂浓度（）于沟道区的掺杂浓度，所以MOSFET源、漏PN结的耗尽区主要向（）

区扩展，使MOSFET的源、漏穿通问题比双极型晶体管的基区穿通问题（）。

13、MOSFET的跨导gm的定义是（）它反映了（）对（）的控制能力。

14、为提咼跨导gm的截止角频率3gm,应当（）口，（）L,（）Vgs。

15、阈电压Vt的短沟道效应是指，当沟道长度缩短时，Vt变（）。

），而在短沟道MO