射频与微波电路—习题及答案 ch04

第四章射频与微波半导体器件举例并简述第二代半导体材料和第三代半导体材料的特征在知道第二代半导体

1.材料和第三代半导体材料的优势之后，思考并简述为什么到目前为止，第二代及第三代半导体材料未能取代硅成为最主流的半导体材料第一代和第二代半导体材料在特定领域取得了显著的成就，但也面临一些局限性第一代半导体材料如硅和错，在低压、低频和中功率应用方面表现出色，但在高频和高功率领域的性能受限第二代半导体材料如神化钱和睇化钢在高速、高频和大功率应用上具有优势,但成本较高且生产技术相对复杂相比之下，第三代半导体材料如碳化硅和氮化像具有一系列突出特点o碳化硅具有高温、高频、抗辐射和高功率特性，适用于5G基站、新能源汽车、电力电子等领域氮化钱具有优异的电子迁移率和热导率，广泛应用于高频电子器件和光电器件这些材料的特性使得第三代半导体在高性能和特殊环境下具有广泛应用的潜力.一个理想的硅基结，其本征载流子浓度区的施主杂浓度2PN n1=

1.5x10%m7,N区的受主掺杂浓度电子和空穴的扩散系数ND=1x1015cm-3,P NA=5x10l7cm-3,电子扩散长度和空穴扩散长度Dn=

12.8cm7sx Dp-

11.2cm2/s,Ln=

8.1x10%%计算下反向饱和电流密度的理论值，以及结两端偏压为Lp=

3.26x10-3cm,300K PN、、时的正向和反向电流密度值

0.7V

0.3V-

0.7V答案略对于上题中的硅基结,若截面积规定正向电流达到时的电压

3.PN A=10-5cm2,

0.1mA为闽值电压，则该结的闽值电压为多少改用材料，常温下本征流子浓度PN n1=

2.若其他参数不变，则结的值电压为多少？4x10%nf3PN要计算理想的硅基PN结在不同偏压下的电流密度，我们可以使用Shockley方程和物理参数给定的数据首先，计算理论值的反向饱和电流密度IS IS=q*nl*Dn*A屋q*V/kt-1其中，q是电子电荷量，约为

1.6x107-19C；nl是本征载流子浓度；Dn是电子的扩散系数；A是PN结的交叉面积假设PN结的交叉面积A为1c/2,则可以计算反向饱和电流密度ISIS=

1.6x107-19C

1.5x10^10cm7-

312.8cnf2/s1cnf2*e70V/

1.38x107-23J/K*300K-1-

2.59x107-12A/cnf2接下来，我们可以使用Shockley方程计算PN结在不同偏压下的正向和反向电流密度正向电流密度JF JF=q*A*np-ni/2*expqV/kt心q*A*np对于p区浓度远大于n区浓度的情况反向电流密度JR JR=q*A*ni/2*expqV/kt-np其中，np是PN结中的载流子浓度，ni是硅的本征载流子浓度，V是PN结的偏压,k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度计算不同偏压下的正向和反向电流密度.当PN结两端偏压为

0.7V时:1np=NA5xl017cnf-3ni sqrtnl*NA心sqrt

1.5x1010cm^-3*5x1017cm^-3%

7.75x1013cnf-3JF=

1.6x107-19C1cnT2*5x10^17cnT-3-8x10^8A/c/2JR=

1.6x107-19C1cnf2*

7.75x10^13cnT-3-2*e

70.7V/

1.38x107-23J/K*300K-5x10^17cnf-3%

9.47x107-12A/cnf

2.当PN结两端偏压为

0.3V时:2JF=

1.6x107-19C1cnT2*5x10^17cm^-3%8x108A/cm2JR二

1.6x107-19C1cnT2e^

0.3V/

1.*

7.75x10^13城-3-238x107-23J/K*300K-5x10^17cnT-3%

3.28x10-16A/cm

2.当PN结两端偏压为-

0.7V时:3JF=

1.6x107-19C1cnT2*5x10^17cnT-3弋8x10^8A/cnf2cm2JR二

1.6x107-19C1e7-

0.7V/

1.*

7.75x1013cm^-338x107-23J/K*300K2-5x10^17cm7-3=

1.56x107-5A/cnT

2.一个理想肖特基二极管的反向饱和电流为不考虑串联电阻，求电压41st2x1TA,为时的电流大小

0.5V对于理想的肖特基二极管，可以使用Shottky方程来计算电压与电流之间的关系Shottky方程如下I=1st*eXqV/kt-1其中，I是二极管的电流，1st是反向饱和电流，q是电子电荷量约为l.6xlT-19C,V是二极管的电压，k是玻尔兹曼常数约为L38xlT-23J/K,t是绝对温度单位为开尔文，K o给定反向饱和电流1st=2x107-11A,以及电压V=

0.5Vo将这些值代入Shottky方程以计算电流I I二2x107-11A*e

71.6x107-19C*

0.5V/

1.38x107-23J/K*T-1请注意，此处没有提供绝对温度T的值根据实际情况，您可以自行选择合适的温度值并进行计算假设我们选取室温，即T二300K,代入以上公式进行计算I=2x107-11A*e

71.6x107-19C*

0.5V/

1.38x107-23J/K*300K_1弋

2.84x107-13A.若上题的肖特基二极管串联一个电阻电流大小保持不变，则二极管和5R=100Q,电阻串联的电路两端电压是多少？答案略.请总结二极管的高频及低频特性和应用领域6PINPIN二极管是一种常见的半导体器件，尤其是在微波、电力等领域有着广泛的应用PIN二极管由掺杂浓度很高的P型结和N型结以及中间夹杂一层本征半导体所构成因此它会与PN型二极管呈现出有些不同的电流电压特性，它体现在正偏、反偏、低频、高频中.当信号频率『时，二极管信号周期小于区流子寿命的值，其阻抗值73MHz PINI i符合近似公式，若二极管的电流则其阻抗为试估算信号频率、l=

0.1mA,20Q,f=3MHz电流信号频率、电流二以及信号频率、电流I=

0.01mA,f=3MHz10mA,f=12MHz l=

0.1mA时二极管的阻抗PIN答案略

8.答案略试说明的结构和特性

9.MOSFET功率MOSFET即金属氧化物半导体场效应晶体管Metal OxideSemiconductor FieldEffectTransistor有三个管脚，分别为栅极Gate,漏极Drain和源极Source o功率MOSFET为电压型控制器件，驱动电路简单，驱动的功率小，而且开关速度快，具有高的工作频率常用的MOSFET的结构有横向双扩散型场效应晶体管LDMOSLateral Double-Diffused MOS、平面双扩散型场效应晶体管Planar MOS和沟槽双扩散型场效应晶体管Trench MOSo.思考场效应管晶体管小信号模型和大信号模型的主要区别1大信号模型，是一个完整的通用的模型，其对输入交流信号没有要求；而小信号模型，使用的前提，是输入交流信号足够的小。