PN结作业201109-(修复的)-(修复的)

ExercisesforPNJunction(2011.9)1.Forasiliconsteppnjunction,thensidehasanetdopingofND=2×1018cm-3andthepsidehasanetdopingofNA=5×1015cm-3.(1)FindthejunctionwidthW0.(2)Findthewidthsofthensideofthedepletionregionandthepsideofthedepletionregion.(3)Whatisthebuilt-involtage?解：内建电势=0.0259ln=0.8139V将和其他数据代入耗尽层宽度==4.5958cm2.对GaAs材料突变PN结，完成第1题给出的计算要求。解法同1=1.2816V；=6.1023cm3.(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：边界条件输运方程其通解：代入边界条件：；得A=B=又2sinh()===|x=0==对N区：边界条件输运方程代入边界条件：C=0，D==J=+(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：≈(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。(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.AsteppnjunctiondiodeismadeinsiliconwiththensidehavingNd=1017cm-3andthepsidehavingNa=1017cm-3.Itisknownthat,fortheminoritycarrier,sp60n106，Dn=20cm2/s,Dp=11cm2/s.Pleaseestimatetheratioofthegenerationcurrenttothediffusioncurrentunderthereversebiasof-4.17V.关键字：公式解：=0.0259ln（）=0.8139V=3.5918产生电流密度扩散电流密度：其中,,代入数据，得=-1.1447Ratio==6.2765.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＝0.1A。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。）大注入电流∝IS（VKF，IKF）膝点电流Ln（J）43210-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16-17-18-19-20V6.Aone-sidedstepn+pjunction（单边突变结）diodewithNa=1017cm-3hasajunctionareaof100μm2.Itisknownthat,Vbi=0.98V，fortheminoritycarrier,s6n103,Dn=20cm2/s(1)PleasecomparethejunctioncapacitanceandthediffusioncapacitanceunderreversebiasVa=-5V.(2)ComparethejunctioncapacitanceandthediffusioncapacitanceunderforwardbiasVa=0.75V.重点考察：势垒电容扩散电容公式解：Cj===3.7219由于是单边突变结,所以电流主要由电子部分构成，即扩散电容Cd=()()=将以上表达式代入Cd表达式中，并代入数据得Cd=-0.53835F2、解：Cj==Cd=2.028357.已知300K时PN结的IS＝10－14A，正向直流偏置为V0＝0.5V(1)计算小信号电导g(2)若在直流偏置的基础上，电压增量为△V＝1mV、5mV、26mV，请分别采用下面两种方法，计算电流的变化量，并根据计算结果说明“小信号”的条件。方法一：采用小信号电导公式△I＝g△V方法二：直接采用计算电流增量的表达式：△I＝ISexp[e(V0+△V)/(kT)]－ISexp[e(V0)/(kT)]解：==9.349S方法一：△V＝1mV：△I＝g△V=9.349=9.349△V＝5mV：△I＝g△V=9.349=4.675△V＝26mV：△I＝g△V=9.349=2.4307方法二：△I＝ISexp[e(V0+△V)/(kT)]－ISexp[e(V0)/(kT)]△V＝1mV：△I=9.5318A△V＝5mV:△I=5.1562A△V＝26mV:△I=4.186A从计算结果得知，小信号条件为△Ve/kT8.已知如右图所示的脉冲信号VPN通过电阻R加在PN结两端，请绘制PN结上的电压以及流过PN结的电流随时间变化的曲线示意图（假设脉宽远大于开关时间）。5Vt-5V0.1tt0(0,)()lnnjnptkTVtqpnp随时间的分布(0,)npt0np，（0至ts内），节电压保持在kT/q的量级，在此时间间隔内，反向电流近似恒定，ts时刻后，空穴浓度开始减小到平衡态以下，节电压开始趋近于Vr。9.下表列出了二极管的主要模型参数。请完成“含义”一栏以及“默认值”一栏空缺项的填写模型参数含义单位默认值IS反向饱和电流A1.0E-14N发射系数-1RS寄生电阻Ohm0CJ0零偏结电容F0FC正偏耗尽电容系数-0.5M梯度因子-0.5VJ内建电势V1TT渡越时间S0BV反向击穿电压V∞IBV反向击穿电流A1.0E-3ISR复合电流A0IKF膝点电流A∞NR复合电流发射系数-2NBV反向击穿理想因子-1