I.]NTVERSITI SAINS
MALAYSIA
Peperiksaan Semester Kedua Sidang
Akademik
200412005Februari - Mac 2005
ZSC 546/4 - Peranti-Peranti Semikonduktor
Masa :
3 iamSila pastikan
bahawakertas
peperiksaanini
mengandungiLIMA muka swat
yang bercetak sebelum anda memulakan peperiksaanini.
Jawab
EMPAT
soalan sahaja. Kesemuanyawajib
dijawab dalam Bahasa Malaysia.at
-2 - lzsc s46l
I
I =l.6oz*1o-reC,
k=8.617xtr-s
eV IK, Lgoao3oolo =0.026V1
Lql
l. (a)
Lakarkan kepekatan taburan pembawaminoriti
pada keadaan mantap bagi suatu simpang p-ndi
bawah pincang depan (semua simbol yang terlibat dan paras rujukan perlu ditunjukkan dengan jelas)(1sl100)
(b)
Penyelesaian persamaan keselanjaran keadaanmantap untuk
kepekatan pembawaminoriti
bagi suatu simpangp-n di
bawah pincangvoltan V
di berikan oleh kaitan berikut:[ ("V\ .l (*--*\
Pn- P,o= P,"lexpl -, l-t le*pl
- |
** x2xn
L \KI) J \ up )
t (elt\.-l (x,+x\
np-hoo =noolexpl; l-l lexpl + | ""nk xS-x,
'-L \kT) I -(. Ln )
di
mana simbol-simbol membawa makna yang biasa.(i)
Terbitkan ungkapan bagijumlah
ketumpatan arus dalam simpang p- n sebagai frrngsiV
(iD Jelaskan mekanisma pengangkutan pembawa cas
yangmenyumbang kepada
ciri I-V
yang diterbitkan dalam bahagian(i)
(iii)
Bagaimanakahungkapan yang diterbitkan dalam
bakragian(i)
diubatrsuaibagi
menggambarkanciri tipikal I-V yang
diperolehi dari eksperimen(4s/100)
(c)
Simpang p-nsilikon
mempunyai parameter berikut pada suhuT:300K:
ri:
1.5x 10lo
cm-3Tp = ?n = 5 X 10-7 S
er:
I1.7x
8.85x
10-12 F/mdi
manasimbol-simbol
membawa makna yang biasa. Dengan menganggap simpangp-n ini
mempunyaiciri-ciri
unggul, tentukan medanelektrik
yang diperlukan bagi menghasilkan arus hanyut pembawamaioriti
apabilavoltan pincang depanV:0.65V
dikenakan(ambil pn:
1350cm'A/-s).
(40/100) .. -3t-al
Nu:Na:
1016 cm-3Dn:25
cm2lsDo:10
cm2ls(b) (a)
(c)
(a)
^ vsc s46l
_ 1_
Jelaskan mengapa pendopan
bagi
tapak transistordwikutub
direkabentuk supaya mempunyai kepekatan tergred (atau tidak seragam)(15/100) Dengan merujuk kepada
litar
setara frekuensitinggi
suatu peranti transistor dwikutub,(i) tunjukkan kesemua
komponen-komponenpenting yang terlibat
dalamlitar
setara tersebut(ii)
jelaskan maksud dari frekuensi-frekuensi penggalfr,
fp ,fr
(iiD
tuliskan ungkapan masa tunda (delaytime)
dalam sebutan kapasitan dan transkonduktanperanti ini,
yang mempunyai pengaruh besar dalam penentuan f1 sebenar(iv) jelaskan
bagaimana masa singgatr frekuensi perantitapak mempengaruhi sambutan
(4s/r00)
J.a
Suatu transistor dwikutub pnp direkabentuk bagi
menghasilkanfaktor
angkutqgtapak af 0.9967.
Dengan mengandaikanDs: 10 cm2ls
dantB: 10-'s,
anggarkan:(i)
lebar tapak yang diperlukan(ii)
kecekapan cucukan pengeluarjika
gandaan arus tapak sepunya ialatr 0.994(iii)
gandaanaruspengeluar-sepunya(40/100)
Lakarkan gambarajah
jalur
tenaga dan taburan cas bagi suatuMoS
ungguldalam
keadaan songsangan (semua parameterdan simbol penting
perlu ditunj ukkan dengan j elas)(15l100)
Terbitkan
ungkapanvoltan ambang bagi suatu peranti MoS praktikal
dengan mengambilkira
perbezaanfungsi kerja
logam-semikonduktor dan cas dalam oksida(4sl100)
Hubungan I-V bagi MOSFET unnrk Vp kecil dapat dinyatakan
oleh hubungan:(b)
(c)
...4/-
4. (a)
(c)
_4_ [zscs46]
I o = t':'"
(vG -vr)vo untuk vD << (vo -vr)
,UL\
dimana semua simbol-simbol membawa makna yang biasa.
Denganmempertimbangkan suatu
MOSFET
terusan-n denganZ:15
pm,L:2 pm,
Co:
6.9x10-8 F/cm2 dan (Io, Vcs): (35
F.A,l.5V) dan
(75pA,
2.5V) padaVp=0.10V,
(i)
tentukan kelincahan pembawa dalam kawasan songsangan(ii)
kiranilai
V1(iii)
nyatakan dengan alasan samaadanilai
kelincahanyang
diperolehidari
bahagian(i) lebih
besaratau
sebaliknya berbanding dengan kelincatran dalam kawasanpukal
semikonduktor.(40/100)
Dengan bantuan gambarajah
jalur tenag4
perihalkan bagaimana cucukanpembawa dan
rekabenhrklapisan semikonduklor bagi
ketumpatan arustinggi
dalamLED
dapat membantu menghasilkanfoton
dengan kecekapantinggi.
(30/100)
(i)
Jelaskan bagaimana kesandari
substrat legap dan substrat lutsinar terhadap foton yang dikeluarkan pada simpang p-n(1sll00)
(ii) Lakarkan
perbandinganketumpatan arus
ambangmelawan
suhubagi struknr laser simpang p-n konvensional dan struktur
laser simpang dua-hetero. Jelaskan bagaimanatimbulnya
perbezaan dari kes-kes tersebut.(2str00)
Suatu rongga
optik
GaAs yang panjangnya 200pm
dan reflektans cermin-cermin rongga
adalah.0.33, mempunyai kehilangan
penyerapan dalam rongga sebesar 10cm-'. Kira
masa yangdiambil oleh foton
berada dalam rongga sebelum ia diserap atau dipancarkan (laju catraya= 3x1010 cm/s).(30/100)
Nyatakan syarat-syarat
untuk
berlakunya proses penerowongan pembawa dalam simpangp-n
dan seterusnyaperihalkan
secara ringkas operasi diodterowong
tersebut.(351100)
\/-
(b)
5. (a)
- lzsc s46l
-\-
(b) Perihalkan prinsip operasi diod IMPATT dan bandingkan
performans perantiini
terhadap peranti mikrogelombang yanglain dari
segi kuasa dan hingar(3sl100)
(c)
Bahan GaAsjenis-n
untuk peranti elektron-terpindah mempunyai parameter berikut:Ketelusan
Kepekatan pendopan Kelincahan elektron Tentukan:
13.1x8.85x10-r2 F/m 5
x l0ls
cm-3-100 cm2A/-s,
-oooOooo-
(i)
pemalar masa pertambahan ketumpatan cas dalam batran(ii)
sempadan pemisah mod operasi pemindatran cas elektron dalam batranjika
halaju hanyut lapisan cas adalah
l.7xl0'cm/s
(30/100)