代写VE320 Intro to Semiconductor Devices Summer 2024 — Problem Set 6调试SPSS

VE320 Intro to Semiconductor Devices

Summer 2024 — Problem Set 6

Due: 11:59pm 10th July

Note: In the following problems, assume T = 300K and the following parameters unless otherwise stated.

For silicon pn junctions:  Dn   = 25cm2/s,  Dp   = 10cm2/s,  τn0  = 5 × 10−7s,  τp0   = 10−7s

For GaAs pn junctions:  Dn   = 205cm2/s,  Dp  = 9.8cm2/s,  τn0   = 5 × 10−8s,  τp0  = 10−8s

1)  Explain the physical mechanism of the a) generation current and b) recombination current in depletion region of pn junction

2)  Consider an ideal pn junction diode at T = 300K operating in the forward-bias region.

a)  Calculate the change in diode voltage that will cause a factor of 10 increase in current.

b)  Repeat part a) for a factor of 100 increase in current.

3)  Consider an ideal silicon pn junction diode with the geometry shown in the figure.

The doping concentrations are  Na = 5 × 1016cm-3 and  Nd   = 1.5 × 1016cm-3, and the minority carrier lifetimes are  τn0   = 2 × 10−7s,  τp0  = 8 × 10−8s. The cross-sectional area is A =  5 × 10−4cm2. Calculate:

a)  the ideal reverse-saturation current due to holes

b)  the ideal reverse-saturation current due to electrons

c)  the hole concentration at x = xn    for  va   = 0.8vbi

d)  the electron current at x = xn    for  va   = 0.8vbi

e)  the electron current at x = xn  + (1/2)Lp    for  va   = 0.8vbi

4)  Consider an ideal GaAs pn junction diode.

a) What must be the ratio of  Nd/Na    so that 90 percent of the current in the depletion region is due to the flow of electrons?

b) Repeat part a) if 80 percent of the current in the depletion region is due to the flow of holes.

5)  The reverse-biased saturation current is a function of temperature.

a)  Assuming that  Is varies with temperature only from the intrinsic carrier concentration, show that we can write  Is   = CT3 exp ( − Eg /KT)  where  C  is a constant and a function only of the diode parameters.

b)  Determine the increase in Is as the temperature increases from T = 300K to T = 400K for a

(i)  germanium diode

(ii)  silicon diode

6)  Consider a silicon pn junction diode with an applied reverse-biased voltage of VR  = 5V. The  doping concentrations are  Na  = Nd = 4 × 1016cm-3 and the cross-sectional area is A =  10−4cm2. Assume minority carrier lifetimes of τ0   = τn0  = τp0   = 10−7s. Calculate:

a)  ideal reverse-saturation current

b)  reverse-biased generation current

c)  the ratio of the generation current to ideal saturation current

7) Consider a uniformly doped silicon pn junction at T = 300K with impurity doping concentrations of Na  = Nd  = 5 × 1015cm-3 and minority carrier lifetimes of τ0   = τn0   = τp0  =  10−7s. A reverse-biased voltage of VR   = 10V is applied as shown in the figure. A light source is incident only on the space charge region, producing an excess carrier generation rate of g' = 4 × 1019cm-3s-1. Calculate the generation current density.