2022年微电子器件试卷答案.pdf
学院 姓 名 学号 任课教师_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 选课号/座位号.密.封.线.以.内.答.题.无.效.电子科技大学二零九至二零一零学年第一学期期末考试微 电 子 器 件 课 程 考 试 题 在 卷1 120分钟)考 试 形 式：闭卷 考 试 日 期2喳_ 年一二月10H-课程成绩构成：寻 常10 分,期 中 10 分,试 验 1()分,期 末 70 分 二三四五六七八九十合计复核人签名得分签名得 分犷填空题 共3 0分，每 空1分)1、P N结 中P区 和N区的掺杂浓度分别为N和N，本征载流子浓度为.，则P N结内建电A D IV势V的 表 达 式b ibikT N N=In 4。qn 22、对于单边突变结P+N结，耗尽区主要分布在N区，该区浓度越低，则耗尽区宽度值越方,内建电场的最大值越小；随着正向偏压的增加，耗尽区宽度值降低,耗尽区内的电场降低,集中电流提高;为了提高P*N结二极管的雪崩击穿电压，应 降 低N区的浓度,这将提高反向饱 和 电 流/。S【解析】第 页 共7页.密.封.线.以.内.答.题.无.效学院 姓 名 学号 任课教师_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _选课号/座位号X =max 亦D8 IE Iq D a D D反向饱和电流I=(P P +“n)=2(s L L p L Np n p DZ EA I|E 1 1X$max+F max=_ s_ _ (_ 叫 夕N“q ND1,V=1 5 E d x =Q.X 4-x )|E|=.历-x P max2 k T N N ln(2 q NV Z D1 L I-e /Vmax g 8 +5s A1 1+_)|E|=_|E|N max q N()max 1 I E|22 q N maxN A?.A D)n2 ii EN )D+d)L Nn A对于单边突变结，可通过适当降低轻掺杂一侧的掺杂浓度,使势垒区拉宽来提高雪崩击穿电压。3、在设计和制造晶体管时，为提高晶体管的电流放大系数，应当增加放射区和基区的掺杂浓N度的比值一，降低基区宽度。N -B1眩DWNT R【解析】a =1-（L）2（l-L-_丛）=（1-上）（1-，口 ）2 L D W N T RB B E E B OB4、硅平面工艺中，常承受杂质集中工艺制造PN 结。从外表到冶金结面处的距离，称为结深。由于集中工艺形成的实际集中结，其杂质分布既非突变结，也非线性缓变结，而是余误差分布或高斯分布。5、势垒区电容C 反映势垒区边缘的电离杂质电荷随外加电压的变化；集中电容c反映的是,-D中性区的非平衡载流子电荷随外加电压的变化;变容二极管是使用的势垒电容。6、PN 结反向饱和电流随结温上升而上升。MOSFET导通状态下，饱和输出电流随半导体温度增加上升而降低，这主要是由于迁移率下降造成的。第 页 共 7页学院 姓 名 学号 任课教师_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _选课号/座位号.密.封.线.以.内.答.题.无.效.解析：对于同一种半导体材料和一样的掺杂浓度，温度越高，则 越大，反向饱和电流就越第 页 共7页学院 姓 名 学号 任课教师_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _选课号/座位号.密.封.线.以.内.答.题.无.效.大在，所 以 J 具有正温度系数。第 页 共7页学院 姓 名 学号 任课教师_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _选课号/座位号.密.封.线.以.内.答.题.无.效.7、对于硅材料，P+N+结的主要击穿机理是隧道击穿，P+N-结的主要击穿机理是雪崩击穿。第 页 共7页学K 姓 名 学号_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 任课教师_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _选课号/座位号.密.封.线.以.内.答.题.无.效.其中，雪崩击穿是由于碰撞电离现象所造成的，雪崩击穿的判定条件是满足表达式I a dx=1 或雪崩倍增因子为3。【解析】包括雪崩作用在内的流出势垒区的总电流与流入势垒区的原始载流子电流之比称为雪崩倍增因子。用 M 来表示。8、双极型晶体管的基区和放射区可以承受不同的半导体材料，使基区材料的禁带宽度小于放射区的禁带宽度时，将获得更大的注入效率。9、短沟道MOSFET漏极电流饱和是由于载流子速度饱和,随着沟道长度缩短，阈值电压隆低。长沟道MOSFET漏极电流饱和是由于沟道夹断。10、场效应晶体管饱和区的漏源电导在抱负状况下是趋于零的，但实际上由于有效沟道长度调制效应和漏区静电场对沟道区的反响作用,漏源电导通常略大于零。11、当 MOSFET器件依据恒场法则等比例缩小K 倍时，器件的最高工作频率将提高 K 倍，阈值电压缩小 到 1/K,漏极电流缩小 到 1/K,总的栅电容将缩小 到 1/K,跨导将不变，功耗延迟积将缩小到1/K。问 答 题（共 3 0 分，共 5 题，每 题 6 分）1、说明P N 结二极管为什么具有整流特性？肖特基势垒二极管和P N 结二极管有均具有整流特性，比较两种器件的异同。答：P n 结二极管正向电流主要由多子电流，电流随外加电压快速增大；反向电流主要由少子形成电流，电流随着外加电压变化很小，且电流很小，故具有整流特性。肖特基势垒二极管是 多 子（单极）器件，开关速度快，反向泄漏电流大；PN 结二极管存在少子存储效应，开关速度慢，但反向泄漏电流小。2、什么是厄尔利效应，什么是基区穿通？简述减小厄尔利效应的方法，并说明这些方法对其他电参数的影响。答：当V 增加时，集电结上的反向偏压增加，集电区势垒区宽度变宽。势垒区的右侧向中性ce集电区扩展，左侧向中性基区扩展。这使得中性基区的宽度加 减小。基区宽度的减小使基区B少子浓度梯度增加，必定导致电流放大系数和集电极电流的增大。这就是基区宽度调变效应（也称为厄尔利效应）。为减小厄尔利效应，应增大基区宽度W,减小集电结耗尽区在基区B内的宽度X，即增大基区掺杂浓度N。dBB第 页 共 7页学K姓 名 学号_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 任课教师_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 选课号/座位号.密.封.线.以.内.答.题.无.效.3、在实际工作中，一般是怎样测量双极型晶体管的特征频率f 的？T答：在实际测量晶体管的特征频率/时，一般并不需要按/的定义使IB I下 降 到 1 时的频T T(0R f率，而 是 在 的 频 率 范 围 内 测 量 IP I值，然 后 利 用 中 1=和/就可以根pT co C D y r o 3据测试频率f 和所测得的IP I计算出：(Df HP 1/T C O式中，I%|1而/7r这样可以降低对测量仪器和信号源的要求。4、对于长沟道M O SFET,当沟道长度缩短为原来的一半，而其它尺寸，掺杂浓度、偏置条件等都保持不变时，与原来相比，说明以下参数发生什么变化:阈值电压U、饱和漏极电流/,T Dsat跨导g和沟道电导R。m on答：阈值电压V 保持不变，饱和漏极电流/降 低 5 0%,沟道电导R 增加一倍，跨导9降T Dsat on m低 50%o5、M OSFET的亚阈区摆幅的定义是什么？为会么期望亚阈区摆幅越小越好？可以实行哪些措施减小亚阈区摆幅？答：将亚阈区特性的半对数斜率的倒数称为亚阈栅源电压摆幅，记为 SoS 是反映MOSFET亚阈区特性的一个重要参数。S 的重要意义是，在亚阈区，使I 扩 大 eDSub倍所需要的栅源电压U的增量，它代表亚阈区中，对/的掌握力量。S 的增加意味着UGS GS DSub GS对/的掌握力量减弱，会影响到数字电路的关态噪声容限，模拟电路的功耗、增益、信号DSub失真及噪声特性等。衬底掺杂浓度越高，衬底偏压越小，栅氧化层厚度越厚，S 越大。计 算 题(共 4 0 分，共 5 题，每 题 8 分)第 页 共7页学K姓 名 学号_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 任课教师_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _选课号/座位号.密.封.线.以.内.答.题.无.效1 .某晶体管的 P =6 0,当/=15M H z 时测得|=4,C=pF,C=nPF,0 co TE DEC=().2pF,r=5 0 K Q。试求该晶体管的/、f,以及当/=10 加 A时的本征混合p参数TC 0 T P Cg ,r ,C r 和 C otn it it,p N解：当f /时，IB 1=P(D f晶体管的特征频率/=|P f=60 MHzT C O当/二 10 梯 时，c放射结的高频小信号等效电路的放射结增量电阻r =-，=2-6 0。ql qlE cdig=一代表集电极电流受放射结电压变化的影响，称为晶体管的转移电导，或跨导。-dVBE_ 8 1 c=_L=0.38 5 Sg，一 dVBE k T Ir r=156。71 0 eci t DE+CT E=1560r=P r=3MQH OOC=re C+C=0.2pF1 1r DE TE产 o第 页 共7页学 院姓名学号.任课教师一选课号/座位号密.封.线.以.内.答.题.无.效2.某硅突变结的N=1.5x1()15cm-3,N=1.5 xlOiscm-3,试问V 和V 各为多少？当外加电D A KN PN压V=0.80V时，p(x)和遮(-X)各为多少？n p P解：6qD n qvK N-P L-e n rLpg D n咚_nL 6 2kTqD n2 qvpi e krL NP DqD n 2=-ni e kTLL N对于N区，V ，为大注入KNqvp (x )=n 62kT=7.2 x 1 0 1 6 cm-3n n i对于P区，v v，为大注入KN,叱n (一X)=n CkT=3.5x1015(771-3P P pO3.某高频晶体管的。八=200,当信号频率f为500M H z时测得|。|=8,且最大功率增益I)0第6页 共7页学院_姓 名 学号 任课教师_ 选课号/座位号.密.封.线.以.内.答.题.无.效K=100 opm ax求：1）该晶体管的特征频率。2）该晶体管的截止频率。3）该晶体管的最图振荡频率。4）当信号频率f为200MHz时该晶体管的|0|和最大功率增益K 的值。C Opm ax/=IP|/=8x 50MHz=400MHzT r 4 o o=MHz=2MHzP P T 2000 _f =4M=JK=用=7100-50=500MHzM Y pmax w pmax18了K=6.25pmax第7页 共7页
