学籍番号名半導体学 5回 1. Siをいたpn接合ダイオードに関して以下

半導体⼯学
学籍番号
⽒名
5回⽬
1. Siを⽤いたpn接合ダイオードに関して以下の問に答えなさい
（1）pn接合ダイオードの⽴ち上がり電圧を低くするためには、p層・n層のそれぞれのドナー・
アクセプタ濃度をどのようにすれば良いか?
（2）（1）のように考えた理由をバンド図を⽤いて説明しなさい。
（3）ダイオードに順バイアスをかけた時に流れる電流は拡散電流とドリフト電流のどちらが⽀配
的か？
(4) 階段接合と傾斜接合とは何がどのように異なるのかを説明しなさい
(5) pn接合を形成した時、熱平衡状態ではバンド図はどのように記載されるのかを説明しなさい
(6) フェルミ準位と擬フェルミ準位は何が異なるのかを説明しなさい
半導体⼯学
学籍番号
5回⽬
⽒名
2. Siに関する以下の問題に答えなさい。
T=300[K]において、ND=1016cm-3 のn型Siにおける正孔の移動度μh=350[cm2/V・s]、
NA=1017cm-3のp層における電⼦の移動度μe=1,100[cm2/Vs]のとき、
(1)正孔の拡散定数Dhおよび電⼦の拡散定数Deを求めなさい。
(2)正孔及び電⼦の少数キャリアとしての寿命がそれぞれどちらも1[ms]のとき、それぞれの拡散
⻑Lh、をLeを求めなさい。
3. Siに関する以下の問題に答えなさい。T=300 [K]におけるni2、ND=1016cm-3 のn層におけ
る正孔濃度pn0、NA=1017cm-3のp層における電⼦濃度np0を求めなさい。
伝導帯実効状態密度NC[cm-3]
2.86×1019
価電⼦帯実効状態密度NV[cm-3]
2.66×1019
バンドギャップエネルギーEg[eV]
真性キャリア密度ni[cm-3]
1.12
9.65×109
半導体⼯学
学籍番号
4.
5回⽬
⽒名
Siに関する以下の問題に答えなさい。
 qDe  ni 2  qDh  ni 2    qV  
  qV  






  1
j  
 1  j0  exp

  exp



  k BT  
 Le  N A  Lh  N D    k BT  
2
n
pn 0  i  9.31 103 [cm 3 ]
ND
2
n p0 
ni
 9.31 10 2 [cm 3 ]
NA
Dh  9.06[cm 2 / s ]
Lh  30.1[ m]
De  28.5[cm 2 / s ]
Le  53.4[ m]
上記のパラメータを⽤いて、逆⽅向飽和電流密度j0[A/cm2]を求めなさい。
5.
接合⾯積0.5[mm2]のSiのpn接合ダイオードのI-V特性が以下の式で与えられている。
  qV  
  1
j  1.23  10 11[ A / cm 2 ]  exp
k
T
  B  
(1) 順電圧0.5[V] 1.0[V] 1.5[V] 逆電圧 -0.5[V] -1.0[V] -1.5[V] におけるそれ
ぞれの電流I[A]を求めなさい。
(2) この式が正しいと仮定して-2Vから2Vまでの電流-電圧特性を⽚対数グラフ（電流を対数表
⽰）のグラフを書きなさい。
(3) 実際のダイオードでは順⽅向にV=1.0VおよびV=1.5Vの電圧をかけても、(1)の結果のよ
うな電流を流すことは出来ない。なぜか考えなさい。
(1)
電圧[V]
0.5
1.0
1.5
-0.5
-1.0
-1.5
(2)
電流

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