硅与GaAs PN结作业示例与电流-电压关系解析

本资源是一份关于PN结的作业，包含硅和GaAs材料突变PN结的相关练习题目与解答。首先，针对硅PN结，题目要求解决以下问题： 1. 一个硅PN结中，N区的净掺杂浓度ND为2x10^18 cm^-3，P区的净掺杂浓度NA为5x10^15 cm^-3。计算： - 聚集层宽度W0 - N区和P区的耗尽层宽度 - 建立内建电势（约0.8139 V） 对于GaAs PN结，题目继续要求： - 计算相同问题，但使用GaAs材料的数值，内建电势约为1.2816 V，耗尽层宽度约为6.1023 cm 接下来，讨论的是理想PN结电流-电压关系的推导： - 当N区长度远大于P区长度，且P区少数载流子电子浓度恒定为0时，推导电流-电压关系的数学表达式，采用双曲函数表示，涉及边界条件和输运方程。 - 当P区长度远小于N区时，电流-电压关系简化形式的求解。 - 推导势垒区两个边界处少子电流In和Ip的比例。 - 提供如何通过调整P区长度Wp、掺杂浓度NA和ND来提高In/Ip的比值，包括减少Wp和Na，增大Nb。 最后，涉及到一个硅阶梯型PN结，N区和P区的掺杂浓度分别为10^17 cm^-3，且给出了 minority carrier 的扩散常数，这可能用于进一步分析电流特性。 这份文档涵盖了PN结的基础理论以及实际问题的计算，对于理解半导体器件中的PN结行为和电流传输至关重要。学习者可以通过这些题目和解答，加深对PN结结构、内建电势、电流控制机制以及参数优化的理解。