學(xué)院姓名學(xué)號(hào)任課教師______________選課號(hào)/座位號(hào)

.....密......封......線......以......內(nèi)......答......題......無(wú)......效...................

電子科技大學(xué)二零九至二零一零學(xué)年第一學(xué)期期末考試

微電子器件課程考試題在卷1120分鐘)考試形式：閉卷考試日期2喳_年一二月10

H-

課程成績(jī)構(gòu)成：尋常10分,期中10分,試驗(yàn)1()分,期末70分

復(fù)核

—■二三四五六七八九十合計(jì)人簽

名

得分

簽名

得分

獷―填空題［共30分，每空1分)

1、PN結(jié)中P區(qū)和N區(qū)的摻雜濃度分別為N和N，本征載流子濃度為".，則PN結(jié)內(nèi)建電

ADI

kTNN

V=In4。

勢(shì)V的表達(dá)式bi

biqn2

2、對(duì)于單邊突變結(jié)P+N結(jié)，耗盡區(qū)主要分布在N區(qū)，該區(qū)濃度越低，則耗盡區(qū)寬度值越方,

內(nèi)建電場(chǎng)的最大值越小；隨著正向偏壓的增加，耗盡區(qū)寬度值降低,耗盡區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)降低,

集中電流提高;為了提高P*N結(jié)二極管的雪崩擊穿電壓，應(yīng)降低N區(qū)的濃度,這將提高反向

飽和電流/。

S

【解析】

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.....密......封......線......以......內(nèi)......答......題......無(wú)......效

X=「max

"亦D

8IEI

Z\EAI￡|E1￡11￡1

X—$max+Fmax=_s__(_____+「_)|E|=^_|E|

N]maxqN()max

"叫夕N“qND

1,￡1

V=—15Edx=Q.\X4-x)|E|=.———IE|2

歷-x"Pmax2qNmax

NA?°.

2kTNNln(AD)

2qNV?ZDn2i

LiE

1I----------e/V

maxg8+N)

5sAD

qDaDD

+d)

反向飽和電流I=(PP+“n)=2(>

sL"Lp'LNLN

pnpDnA

對(duì)于單邊突變結(jié)，可通過(guò)適當(dāng)降低輕摻雜一側(cè)的摻雜濃度,

使勢(shì)壘區(qū)拉寬來(lái)提高雪崩擊穿電壓。

3、在設(shè)計(jì)和制造晶體管時(shí)，為提高晶體管的電流放大系數(shù)，應(yīng)當(dāng)增加放射區(qū)和基區(qū)的摻雜濃

N

度的比值一，降低基區(qū)寬度。

N---------

B

1眩DWNTR

【解析】a==[1-（—L）2]（l--L-_叢）=（1-上）（1-，口￡）

2LDWNTR

BBEEBOB

4、硅平面工藝中，常承受雜質(zhì)集中工藝制造PN結(jié)。從外表到冶金結(jié)面處的距離，稱(chēng)為結(jié)深。

由于集中工藝形成的實(shí)際集中結(jié)，其雜質(zhì)分布既非突變結(jié)，也非線性緩變結(jié)，而是余誤差分

布或高斯分布。

5、勢(shì)壘區(qū)電容C反映勢(shì)壘區(qū)邊緣的電離雜質(zhì)電荷隨外加電壓的變化；集中電容c反映的是

,---------------------D

中性區(qū)的非平衡載流子電荷隨外加電壓的變化;變?nèi)荻O管是使用的勢(shì)壘電容。

6、PN結(jié)反向飽和電流隨結(jié)溫上升而上升。MOSFET導(dǎo)通狀態(tài)下，飽和輸出電流隨半導(dǎo)體溫

度增加上升而降低，這主要是由于遷移率下降造成的。

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解析：對(duì)于同一種半導(dǎo)體材料和一樣的摻雜濃度，溫度越高，則"越大，反向飽和電流就越

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大在，所以J具有正溫度系數(shù)。

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7、對(duì)于硅材料，P+N+結(jié)的主要擊穿機(jī)理是隧道擊穿，P+N-結(jié)的主要擊穿機(jī)理是雪崩擊穿。

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其中，雪崩擊穿是由于碰撞電離現(xiàn)象所造成的，雪崩擊穿的判定條件是滿(mǎn)足表達(dá)式Iadx=1或

雪崩倍增因子為3。

【解析】包括雪崩作用在內(nèi)的流出勢(shì)壘區(qū)的總電流與流入勢(shì)壘區(qū)的原始載流子電流之比稱(chēng)為

雪崩倍增因子。用M來(lái)表示。

8、雙極型晶體管的基區(qū)和放射區(qū)可以承受不同的半導(dǎo)體材料，使基區(qū)材料的禁帶寬度小于放射

區(qū)的禁帶寬度時(shí)，將獲得更大的注入效率。

9、短溝道MOSFET漏極電流飽和是由于載流子速度飽和,隨著溝道長(zhǎng)度縮短，閾值電壓隆

低。長(zhǎng)溝道MOSFET漏極電流飽和是由于溝道夾斷。

10、場(chǎng)效應(yīng)晶體管飽和區(qū)的漏源電導(dǎo)在抱負(fù)狀況下是趨于零的，但實(shí)際上由于有效溝道長(zhǎng)度

調(diào)制效應(yīng)和漏區(qū)靜電場(chǎng)對(duì)溝道區(qū)的反響作用,漏源電導(dǎo)通常略大于零。

11、當(dāng)MOSFET器件依據(jù)恒場(chǎng)法則等比例縮小K倍時(shí)，器件的最高工作頻率將提高K倍，閾

值電壓縮小到1/K,漏極電流縮小到1/K,總的柵電容將縮小到1/K,跨導(dǎo)將不變，功耗延遲

積將縮小到1/K。

問(wèn)答題（共30分，共5題，每題6分）

1、說(shuō)明PN結(jié)二極管為什么具有整流特性？肖特基勢(shì)壘二極管和PN結(jié)二極管有均具有整流

特性，比較兩種器件的異同。

答：Pn結(jié)二極管正向電流主要由多子電流，電流隨外加電壓快速增大；反向電流主要由少子

形成電流，電流隨著外加電壓變化很小，且電流很小，故具有整流特性。肖特基勢(shì)壘二極管

是多子（單極）器件，開(kāi)關(guān)速度快，反向泄漏電流大；PN結(jié)二極管存在少子存儲(chǔ)效應(yīng)，開(kāi)關(guān)

速度慢，但反向泄漏電流小。

2、什么是厄爾利效應(yīng)，什么是基區(qū)穿通？簡(jiǎn)述減小厄爾利效應(yīng)的方法，并說(shuō)明這些方法對(duì)其

他電參數(shù)的影響。

答：當(dāng)V增加時(shí)，集電結(jié)上的反向偏壓增加，集電區(qū)勢(shì)壘區(qū)寬度變寬。勢(shì)壘區(qū)的右側(cè)向中性

ce

集電區(qū)擴(kuò)展，左側(cè)向中性基區(qū)擴(kuò)展。這使得中性基區(qū)的寬度加減小?；鶇^(qū)寬度的減小使基區(qū)

B

少子濃度梯度增加，必定導(dǎo)致電流放大系數(shù)和集電極電流的增大。這就是基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)

（也稱(chēng)為厄爾利效應(yīng)）。為減小厄爾利效應(yīng)，應(yīng)增大基區(qū)寬度W,減小集電結(jié)耗盡區(qū)在基區(qū)

B

內(nèi)的寬度X，即增大基區(qū)摻雜濃度N。。

dBB

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3、在實(shí)際工作中，一般是怎樣測(cè)量雙極型晶體管的特征頻率f的？

T

答：在實(shí)際測(cè)量晶體管的特征頻率/時(shí)，一般并不需要按/的定義使IBI下降到1時(shí)的頻

TT(0

Rf

率，而是在■的頻率范圍內(nèi)測(cè)量IPI值，然后利用中1=-和/就可以根

pTcoCDyro[3

據(jù)測(cè)試頻率f和所測(cè)得的IPI計(jì)算出：

(D

fHP1/

TCO

式中，I%?|〉1而/<7r這樣可以降低對(duì)測(cè)量?jī)x器和信號(hào)源的要求。

4、對(duì)于長(zhǎng)溝道MOSFET,當(dāng)溝道長(zhǎng)度縮短為原來(lái)的一半，而其它尺寸，摻雜濃度、偏置條

件等都保持不變時(shí)，與原來(lái)相比，說(shuō)明以下參數(shù)發(fā)生什么變化:閾值電壓U、飽和漏極電流/,

TDsat

跨導(dǎo)g和溝道電導(dǎo)R。

mon

答：閾值電壓V保持不變，飽和漏極電流/降低50%,溝道電導(dǎo)R增加一倍，跨導(dǎo)9降

TDsatonm

低50%o

5、MOSFET的亞閾區(qū)擺幅的定義是什么？為會(huì)么期望亞閾區(qū)擺幅越小越好？可以實(shí)行哪些

措施減小亞閾區(qū)擺幅？

答：將亞閾區(qū)特性的半對(duì)數(shù)斜率的倒數(shù)稱(chēng)為亞閾柵源電壓擺幅，記為So

S是反映MOSFET亞閾區(qū)特性的一個(gè)重要參數(shù)。S的重要意義是，在亞閾區(qū)，使I擴(kuò)大e

DSub

倍所需要的柵源電壓U的增量，它代表亞閾區(qū)中，對(duì)/的掌握力量。S的增加意味著U

GSGSDSubGS

對(duì)/的掌握力量減弱，會(huì)影響到數(shù)字電路的關(guān)態(tài)噪聲容限，模擬電路的功耗、增益、信號(hào)

DSub

失真及噪聲特性等。襯底摻雜濃度越高，襯底偏壓越小，柵氧化層厚度越厚，S越大。

計(jì)算題(共40分，共5題，每題8分)

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.....密.....封.....線.....以.......內(nèi)....答.....題.....無(wú).....效

1.某晶體管的P=60,當(dāng)/=15MHz時(shí)測(cè)得|=4,C=\pF,C=nPF,

0coTEDE

C=().2pF,r=50KQ。試求該晶體管的/、f,以及當(dāng)/=10加A時(shí)的本征混合p參數(shù)

TC0TPC

g,r,Cr和Co

tnitit,pN

解：

當(dāng)f<</時(shí)，得6=P

。co0

當(dāng)f=4時(shí)，吟吟

當(dāng)f>>/時(shí)，IB1=

P(Df

晶體管的特征頻率/=|P\f=60MHz

TCO

當(dāng)/二10梯時(shí)，

c

放射結(jié)的高頻小信號(hào)等效電路的放射結(jié)增量電阻r=-，=2-60

。qlql

Ec

di

g=一代表集電極電流受放射結(jié)電壓變化的影響，稱(chēng)為晶體管的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)，或跨導(dǎo)。

-dV

BE

81

_c=_L=0.385S

g，"一dVBEkTI

rr=156。

710e

citDE+CTE=1560

r=Pr=3MQ

HOO

C=reC+C=0.2pF

rDETE

產(chǎn)11o

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2.某硅突變結(jié)的N=1.5x1()15cm-3,N=1.5xlOiscm-3,試問(wèn)V和V各為多少？當(dāng)外加電

DAKNPN

壓V=0.80V時(shí)，p(x)和遮(-X)各為多少？

npP

解：

6qDnqvKNqDn2qv

------------P—L-enr——p—i—ekr

LLN

pPD

gDn咚qDn2』

________n—L62kT=------n—i—ekT

LLN

對(duì)于N區(qū)，V〉，，為大注入

KN

qv

p(x)=n62kT=7.2x1016cm-3

nni

對(duì)于P區(qū)，v>v，為大注入

KN

,叱

n(一X)=n