微电子器件课程复习题教材

1、1、若某突变 PN结的P型区的掺杂浓度为 NA 1.5 1016cm 3 ，则室温下该区的平衡多子浓度 pp0与平衡少子浓度 np0分别为( NA 1.5 1016 cm 3)和( NA 1.5 1014 cm 3 )2、在 PN 结的空间电荷区中， P 区一侧带（负）电荷， N 区一侧带 （正）电荷。内建电场的方向是从 （N） 区指向（ P）区。 发生漂移运动，空穴向 P区，电子向 N 区3、当采用耗尽近似时， N 型耗尽区中的 泊松方程为 （ dE qu ）。由此方程可以看出，掺杂浓度 dx S D越高，则内建电场的斜率越（ 大）。4、PN 结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（小），内建

2、电场的最大值就越（大），内建电势Vbi就越（大），反向饱和电流 I0就越（小）P20，势垒电容 CT就越（ 大 ），雪崩击穿电压就越 （小）。5、硅突变结内建电势 Vbi 可表为vbi KT ln N AN2 D ）P9，在室温下的典型值为（ 0.8）伏特。 qni6、当对 PN 结外加正向电压时，其势垒区宽度会（减小），势垒区的势垒高度会（降低）。7、当对 PN 结外加反向电压时，其势垒区宽度会（增大），势垒区的势垒高度会（提高）。8、在 P 型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度 np 与外加电压 V 之间的关系可表示为np( xp) np0exp( KqTv )P18。若 P 型区的掺杂浓度

3、17 3NA 1.5 1017cm 3 ，外加电压 V = 0.52V ，则 P型区与耗尽区边界上的少子浓度 np为（ 7.35 10 25 cm 3）9、当对 PN结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（大）；当对PN结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（小）。10、PN 结的正向电流由（空穴扩散）电流、（电子扩散）电流和（势垒区复合）电流三部分所组成。11、PN 结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（ 多子）；PN结的反向电流很小，是因为反 向电流的电荷来源是（ 少子 ）。12、当对 PN 结外加正向电压时，由 N 区注

4、入 P 区的非平衡电子一边向前扩散，一边（复合）。每经过 一个扩散长度的距离，非平衡电子浓度降到原来的（ e 分之一）。13、PN结扩散电流的表达式为（ Jd Jdp Jdn I 0 exp（ qv ） 1 ）。这个表达式在正向电压下可简化KT为（ Jd J0 exp（ KqTv ） ），在反向电压下可简化为（ Jd J ）。14、在 PN 结的正向电流中， 当电压较低时，以（势垒区复合）电流为主 ；当电压较高时，以（扩散） 电流为主 。15、薄基区二极管是指 PN 结的某一个或两个中性区的长度小于（ 该区的少子扩散长度 ）。在薄基区二 极管中，少子浓度的分布近似为（ 线性分布 ）。16、小注

5、入条件是指注入某区边界附近的（ 非平衡少子 ）浓度远小于该区的（ 平衡多子 ）浓度，因此该 区总的多子浓度中的（ 非平衡）多子 浓度可以忽略。17、大注入条件是指注入某区边界附近的（ 非平衡少子 ）浓度远大于该区的（ 平衡多子 ）浓度，因此该 区总的多子浓度中的 （平衡）多子 浓度可以忽略。18、势垒电容反映的是 PN 结的（微分）电荷 随外加电压的变化率。 PN结的掺杂浓度越高，则势垒电容 就越（ 大 ）；外加反向电压越高，则势垒电容就越（ 小 ）。 P4419、扩散电容反映的是 PN结的（ 非平衡载流子 ）电荷随外加电压的变化率。正向电流越大，则扩散电容20、21、22、23、24、25、

6、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、就越（大）；少子寿命越长，则扩散电容就越（ 大）。 P51在 PN 结开关管中，在外加电压从正向变为反向后的一段时间内，会出现一个较大的反向电流。引 起这个电流的原因是存储在（ N）区中的（ 非平衡载流子 ）电荷。这个电荷的消失途径有两条，即 （反向电流的抽取 ）和（ 少子自身的复合 ）。从器件本身的角度，提高开关管的开关速度的主要措施是（ 降低少子寿命 ）和（ 加快反向复合 ）。 （减薄轻掺杂区的厚度 ）PN 结的击穿有三种机理，它们分别是（雪崩击穿）、（齐纳击穿）和（热击穿）。PN 结的掺杂浓度越高，雪崩击

7、穿电压就越（小）； 结深越浅，雪崩击穿电压就越（小） 。 雪崩击穿和齐纳击穿的条件分别是（ r0d idx 1）和（ dmin EG 足够小 ）。P41 qEmax晶体管的基区输运系数是指（ 基区中到达集电结的少子 ）电流与（ 从发射结刚注入基区的少子 ）电 流之比。 P67 由于少子在渡越基区的过程中会发生 （复合），从而使基区输运系数（小于 1）。为 了提高基区输运系数，应当使基区宽度（ 远小于 ）基区少子扩散长度。晶体管中的少子在渡越（基区）的过程中会发生（复合），从而使到达集电结的少子比从发射结注 入基区的少子（小） 。晶体管的注入效率是指（ 从发射区注入基区的少子 ）电流与（ 总的发

8、射极 ）电流之比。 P69 为了提 高注入效率，应当使（ 发射 ）区掺杂浓度远大于（ 基）区掺杂浓度。晶体管的共基极直流短路电流放大系数是指 发射结（正）偏、集电结（零）偏 时的（集电极）电流与（发射极）电流之比。晶体管的共发射极直流短路电流放大系数 是指 （发射）结正偏、（集电）结零 偏时的（集电极） 电流与（基极）电流之比。在设计与制造晶体管时，为提高晶体管的电流放大系数，应当（ 减小）基区宽度，（降低）基区掺 杂浓度。某长方形薄层材料的方块电阻为 100，长度和宽度分别为 300m 和 60m ，则其长度方向和宽 度方向上的电阻分别为（ 500 ）和（ 20 ）。若要获得 1K 的电阻，

9、则该材料的长度应改变为 （ 600 m ）。在缓变基区晶体管的基区中会产生一个（ 内建电场 ），它对少子在基区中的运动起到（ 加速）的作 用，使少子的基区渡越时间（ 减小 ）。小电流时 会（ 减小）。这是由于小电流时，发射极电流中（ 势垒区复合电流 ）的比例增大，使注 入效率下降。发射区重掺杂效应是指当发射区掺杂浓度太高时， 不但不能提高 （注入效率 ），反而会使其（下降）。 造成发射区重掺杂效应的原因是（ 发射区禁带变窄 ）和（ 俄歇复合增强 ）。P76 在异质结双极晶体管中，发射区的禁带宽度（ 大 ）于基区的禁带宽度，从而使异质结双极晶体管的 （注入效率 ）大于同质结双极晶体管的。 P79

10、 当晶体管处于放大区时，理想情况下集电极电流随集电结反偏的增加而（ 不变 ）。但实际情况下集 电极电流随集电结反偏增加而（ 增加），这称为（ 基区宽度调变 ）效应。 P83 当集电结反偏增加时，集电结耗尽区宽度会（ 变宽），使基区宽度（ 变窄），从而使集电极电流（增 大） ，这就是基区宽度调变效应（即 厄尔利效应 ）。P83 I ES是指（集电结）短路、（发射）结反偏时的（发射）极电流。I CS是指（发射结）短路、（集电结）反偏时的（集电）极电流。41、ICBO 是指（发射）极开路、（集电）结反偏时的（集电）极电流。41、I CEO是指（基）极开路、（集电）结反偏时的（集电）极电流。42、IE

11、BO是指（集电极）极开路、（发射）结反偏时的（发射）极电流。43、BVCBO 是指（发射）极开路、（集电）结反偏，当（ ICBO）时的 VCB。44、BVCEO是指（基）极开路、（集电）结反偏，当（ ICEO ）时的 VCE。45、BVEBO 是指（集电）极开路、（发射）结反偏，当（ I EBO ）时的 VEB。46、基区穿通是指当集电结反向电压增加到使耗尽区将（ 基区 ）全部占据时，集电极电流急剧增大的现 象。防止基区穿通的措施是 （增加）基区宽度、（提高）基区掺杂浓度 。P9047、比较各击穿电压的大小时可知， BVCBO（大于 ）BVCEO ，BVCBO（ 远大于 ）BVEBO。48、要

12、降低基极电阻 rbb ，应当（ 提高）基区掺杂浓度，（提高）基区宽度 。49、无源基区重掺杂的目的是（ 为了降低体电阻 ）。50、发射极增量电阻 r e的表达式是（ Re KT ）。室温下当发射极电流为 1mA时， r e =（26 ）。 qE51、随着信号频率的提高，晶体管的、 的幅度会（ 下降），相角会（ 滞后 ）。52、在高频下，基区渡越时间 b 对晶体管有三个作用，它们是：（ 复合损失使小于 10* 小于 1）、 （时间延迟使相位滞后）和（ 渡越时间的分散使 | 减*|小）。53、基区渡越时间 b 是指（从发射结渡越到集电结所需要的平均时间 ）。当基区宽度加倍时，基区渡越 时间增大到原

13、来的（ 2）倍。054、晶体管的共基极电流放大系数随频率的（增加）而下降 。当晶体管的 下降到（ 20 ）时的频率，称为 的截止频率，记为（ f ）。155、晶体管的共发射极电流放大系数随频率的（增加）而下降 。当晶体管的 下降到 2 0 时的频率，称为 的（截止频率 ），记为（ f ）。56、当 ff 时，频率每加倍，晶体管的 降到原来的（ 一半）；最大功率增益 Kpmax 降到原来的（四分之一 ）。57、当（电流放大系数）降到 1 时的频率称为特征频率 fT 。当（晶体管最大功率 pmax ）降到 1 时max的频率称为最高振荡频率 fM 。58、当降到（ 1）时的频率称为特征频率 fT。

14、当 K pmax降到（ 1）时的频率称为最高振荡频率 fM。59、晶体管的高频优值 M 是（功率增益 ）与（带宽）的乘积。60、晶体管的高频小信号等效电路与直流小信号等效电路相比，增加了三个元件，它们是（集电结势垒电容）、（ 发射结势垒电容 ）和（ 发射结扩散电容 ）。61、对于频率不是特别高的一般高频管， ec中以（ Ib ）为主，这时提高特征频率 fT的主要措施是（ 减 小基区宽度 ）。62、为了提高晶体管的最高振荡频率 fM ，应当使特征频率 fT （增大），基极电阻 rbb （降低），集电 结势垒电容 CTC （降低） 。63、对高频晶体管结构上的基本要求是： （尺寸小） 、（结深浅）

15、、（线条细） 和（非工作基区重掺杂） 。64、N 沟道 MOSFET 的衬底是（ P）型半导体，源区和漏区是（ N）型半导体，沟道中的载流子是（电 子）。65、P 沟道 MOSFET 的衬底是（ N）型半导体，源区和漏区是（ P）型半导体，沟道中的载流子是（空 穴）。66、当VGS VT时，栅下的硅表面发生（ 强反型），形成连通 （源）区和（漏）区 的导电沟道，在 VDS 的作用下产生 漏极电流 。67、N 沟道 MOSFET 中，VGS 越大，则沟道中的电子就越（多），沟道电阻就越（小），漏极电流就越 （大）。68、在N沟道 MOSFET中， VT 0的称为增强型 ，当VGS 0时MOSFE

16、T 处于（截止）状态； VT 0 的称为耗尽型 ，当VGS 0时 MOSFET处于（导通）状态。69、由于栅氧化层中通常带 （正）电荷 ，所以（P）型区比（ N）型区更容易发生反型 。70、要提高 N 沟道 MOSFET 的阈电压 VT ，应使衬底 掺杂浓度 NA（增大），使栅氧化层厚度 Tox（减薄）。71、N 沟道 MOSFET 饱和漏源电压 VDsat 的表达式是（VGS VT ）。当VDS taDVs 时，MOSFET 进入（ 饱 和）区 ，漏极电流随 VDS的增加而（ 不变）。72、由于电子的迁移率 n比空穴的迁移率 p （大） ，所以在其它条件相同时，（ N）沟道 MOSFET 的

17、I Dsat比（ P）沟道 MOSFET的大。为了使两种 MOSFET的I Dsat相同，应当使 N 沟道 MOSFET的 沟道宽度（小于） P沟道 MOSFET的。73、当 N 沟道 MOSFET 的 VGS VT 时， MOSFET（不）导电，这称为（增强型）导电 。74、对于 MOSFET，当沟道长度加倍，而其它尺寸、掺杂浓度、偏置条件等都不变时，其下列参数发生 什么变化： VT （减小）、 I Dsat （减小）、 Ron （增大）、 gm （减小）。75、由于源、漏区的掺杂浓度 （大）于沟道区的掺杂浓度，所以 MOSFET源、漏 PN结的耗尽区主要向（衬底）区 扩展，使 MOSFET

18、 的源、漏穿通问题比双极型晶体管的基区穿通问题（ 严重）。76、MOSFET 的跨导 gm的定义是（转移特性曲线的斜率 ），反映了 （栅源电压）对（漏极电流） 的控 制能力。77、为提高跨导 gm的截止角频率 gm ，应当（增大） ，（ 减小）L ，（增大） VGS。78、阈电压VT的短沟道效应是指， 当沟道长度缩短时， VT变（减小） 。79、在长沟道 MOSFE中T ，漏极电流的饱和是由于（ 沟道夹断），而在短沟道 MOSFE中T ，漏极电流的饱 和则是由于（载流子漂移速度的饱和）。80、为了避免短沟道效应，可采用按比例缩小法则，当 MOSFET 的沟道长度缩短一半时，其沟道宽度应 （增大

19、）， 栅氧化层厚度应（减小） ，源、漏区结深应（ 增大），衬底掺杂浓度应（ 增大）。二、问答题1、简要叙述 PN 结空间电荷区的形成过程。 在PN结中,由于自由电子的扩散运动和内电场导致的漂移运动 ,使PN结中间的部位 （P区和 N区交界面）产生一个 很薄的电荷区2、什么叫耗尽近似？什么叫中性近似？ 空间电荷区的自由载流子已完全扩散掉， 即完全耗尽， 电离杂质构成空间电荷区内电荷的唯一来源； 耗尽区以外区域中的多子浓度仍等于电离杂质浓度，因此这部分区域保持了完全的电中性。3、什么叫突变结？什么叫单边突变结？什么叫线性缓变结？分别画出上述各种PN 结的杂质浓度分布图、内建电场分布图和外加正向电压

20、及反向电压时的少子浓度分布图。 当半导体内的杂质从受主杂质突变为施主杂质时， 称为突变结。 如果一边的掺杂浓度远大于另一边， 则 p-n 结势垒区主要是在轻掺杂一边，这种突变结即称为单边突变结。在一定条件下，假设冶金结 附近的杂质浓度是随距离进行线性变化的，这称为线性缓变结。4、PN 结势垒区的宽度与哪些因素有关？掺杂浓度和温度5、写出 PN 结反向饱和电流 I0 的表达式，并对影响 I0的各种因素进行讨论。 =J0*A,主要取决于半导体材的种类、掺杂浓度和温度。半导体材料的禁带宽度越大，则反向饱和电流越 小，锗的 J0最大，硅次之，砷化镓的最小 ;掺杂浓度越高， J0 越小；温度越高， J0

21、越大。6、PN 结的正向电流由正向扩散电流和势垒区复合电流组成。 试分别说明这两种电流随外加正向电压的增加而变化的规律。当正向电压较小时以什么电流为主？当正向电压较大时以什么电流为主？7、什么是小注入条件？什么是大注入条件？写出小注入条件和大注入条件下的结定律， 并讨论两种情况下中性区边界上载流子浓度随外加电压的变化规律。 所谓大注入，就是注入到半导体中的非平衡少数载流子浓度np 接近或者超过原来的平衡多数载流子浓度 pp0（掺杂浓度）时的一种情况。所谓小注入就是注入的非平衡少数载流子浓度np 远小于原来的平衡多数载流子浓度 pp0 （掺杂浓度）的状态。8、在工程实际中，一般采用什么方法来计算

22、 PN 结的雪崩击穿电压？9、简要叙述 PN 结势垒电容和扩散电容的形成机理及特点。 势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变 化，这样所表现出的电容是势垒电容。 扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流），注入 P 区 的少子（电子）在 P 区有浓度差，越靠近 PN 结浓度越大，即在 P 区有电子的积累。同理，在 N 区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容CD。10、当把 PN 结作为开关使用时，在直流特性和瞬态特性这两方面， PN 结与理想开关相 比有哪些差距？引起 PN 结反向恢复过程的主要原因是什么？11、画出

23、NPN 晶体管在饱和状态、 截止状态、 放大状态和倒向放大状态时的少子分布图。 画出 NPN 晶体管在饱和状态、截止状态、放大状态和倒向放大状态时的能带图。12、画出共基极放大区晶体管中各种电流的分布图，并说明当输入电流IE 经过晶体管变成输出电流 IC 时，发生了哪两种亏损？13、倒向晶体管的电流放大系数为什么小于正向晶体管的电流放大系数？14、提高基区掺杂浓度会对晶体管的各种特性， 如 、 、 、CTE、BVEBO 、Vpt 、VA 、rbb等产生什么影响？15、减薄基区宽度会对晶体管的上述各种特性产生什么影响？16、先画出双极晶体管的理想的共发射极输出特性曲线图， 并在图中标出饱和区与放

24、大区 的分界线，然后再分别画出包括厄尔利效应和击穿现象的共发射极输出特性曲线图。17、画出包括基极电阻在内的双极型晶体管的简化的交流小信号等效电路。18、什么是双极晶体管的特征频率 fT ？写出 fT 的表达式，并说明提高 fT 的各项措施。19、写出组成双极晶体管信号延迟时间 ec 的 4 个时间的表达式。其中的哪个时间与电流IE有关？这使 fT随 IE的变化而发生怎样的变化？20、说明特征频率 fT 的测量方法。21、什么是双极晶体管的最高振荡频率 fM ？写出 fM 的表达式，说明提高 fM 的各项措施22、画出高频晶体管结构的剖面图，并标出图中各部分的名称。23、画出 MOSFET 的

25、结构图和输出特性曲线图，并简要叙述 MOSFET 的工作原理。24、什么是 MOSFET 的阈电压 VT？写出 VT 的表达式，并讨论影响 VT 的各种因素。25、什么是 MOSFET 的衬底偏置效应？26、什么是有效沟道长度调制效应？如何抑制有效沟道长度调制效应？27、什么是 MOSFET 的跨导 gm？写出 gm 的表达式，并讨论提高 gm 的措施28、提高 MOSFET 的最高工作频率 ft 的措施是什么？29、什么是 MOSFET 的短沟道效应？30、什么是 MOSFET 的按比例缩小法则？三、计算题1、某突变 PN结的 ND 1.5 1015 cm 3, NA 1.5 1018 cm

26、 3，试求 nn0 、pn0 、pp0和np0 的值， 并求当外加 0.5V 正向电压和( -0.5V )反向电压时的 np( xp) 和 pn(xn)的值。Nn0 ND 1.5 1015;Pp0 NA 1.5 1018; n2n2Np0 ni 1.5 102;Pn0 ni1.5 1050 NA0 NDnp( xp) np0 exp( qV ) 3.37 1010cm 3; np( xp) np0 exp( qV ) 6.67 10 7cm 3 KT KTpn(xn) pn0 exp( qV ) 3.37 1013 cm 3; pn(xn ) pn0 exp( qV ) 6.67 10 4cm

27、 32、突变 PN结的 ND 1.5 1015 cm 3, NA 1.5 1018cm 3计算该 PN结的内建电势 Vbi 之值Vbi KT ln NAN2 D 0.026 ln(1013) 0.778qni3、有一个 P沟道 MOSFE的T 衬底掺杂浓度为 ND 1.5 1015cm 3，另一个 N沟道 MOSFE的T 衬底掺杂浓度为 NA 1.5 1018cm 3 。试分别求这两个 MOSFE的T 衬底费米势， 并将这两 个衬底费米势之和与上题的 Vbi 相比较。N 沟道 MOSFET Fp KT ln N A 0.479V ；P沟道 MOSFET Fn KT ln ND 0.299Vqn

28、iqniFp Fn 0.479 0.299 0.18 Vbi4、某突变 PN结的 ND 1.5 1015cm 3, NA 1.5 1018cm 3，试问 Jdp是 Jdn的多少倍？qDpni2WBND expWqDEnNnAi2 exp qkVT 1因为 Dn Dp 所以 JdpLn Lp JdnNAND10005、已知某 PN结的反向饱和电流为 Io =10 -12A，试分别求当外加0.5V 正向电压和( -0.5V )反向电压时的 PN结扩散电流。0.5V:IF I 0exp(1 2.25 10 4 A0.5V :IFqKVT)I 0exp(1 10 12 A6、已知某 PN 结的反向饱和

29、电流为 Io =10 -11A ，若以当正向电流达到 10 -2 A 作为正向导通 的开始，试求正向导通电压 VF之值。若此 PN 结存在寄生串联电阻 rcs= 4，则在同样 的测试条件下 VF 将变为多少？7、某硅单边突变结的雪崩击穿临界电场 EC 3.5 105 Vcm 1，开始发生雪崩击穿时的耗 尽区宽度 xdB 8.57m ，求该 PN结的雪崩击穿电压 VB 。若对该 PN 结外加 V 0.25VB的 反向电压，则其耗尽区宽度为多少？8、如果设单边突变结的雪崩击穿临界电场 EC 与杂质浓度无关，则为了使雪崩击穿电压 VB提高 1 倍，发生雪崩击穿时的耗尽区宽度 xdB应为原来的多少倍？

30、低掺杂区的杂质浓 度应为原来的多少倍？9、某突变 PN结的 Vbi = 0.7V，当外加 -4.3V 的反向电压时测得其势垒电容为 8pF，则当外加- 19.3V 的反向电压时其势垒电容应为多少？10、某突变结的内建电势 Vbi= 0.7V，当外加电压 V = 0.3V 时的势垒电容与扩散电容分别 是 2pF 和 2 10 4 pF ，试求当外加电压 V = 0.6V 时的势垒电容与扩散电容分别是多少？11、某均匀基区 NPN 晶体管的 WB 1m, DB 20cm2s 1 ，试求此管的基区渡越时间 b 当此管的基区少子电流密度 JnE = 102Acm -2时，其基区少子电荷面密度 QB为多

31、少？12、某均匀基区晶体管的 WB 2m, LB 10m ，试求此管的基区输运系数之值。若将此管的基区掺杂改为如式（ 3-28）的指数分布，场因子6 ，则其 变为多少？13、某均匀基区 NPN 晶体管的 WB 2m, NB 1017cm 1, DB 18cm2s 1, B 5 10 7s ， 试求该管的基区输运系数 之值。又当在该管的发射结上加 0.6V 的正向电压， 集电结 短路时，该管的 JnE和 JnC各为多少？14、某均匀基区晶体管的注入效率0.98，若将其发射结改为异质结，使基区的禁带宽度 EGB比发射区的禁带宽度 EGE小 0.08eV，则其注入效率 变为多少？若要使其 仍为100

32、.98，则其有源基区方块电阻 R口 B1 可以减小到原来的多少？15、某双极型晶体管的 R口B1 1000 , R口E 5 ，基区渡越时间 b =109 s ,当 IB = 0.1mA 时, IC = 10mA，求该管的基区少子寿命 B 。16、某晶体管的基区输运系数0.99 ，注入效率0.97，试求此管的 与 。当此管的有源基区方块电阻 R口B1 乘以 3，其余参数均不变时，其与 变为多少？17、某双极型晶体管当 IB1 = 0.05mA 时测得 IC1 = 4mA，当 IB2 = 0.06mA 时测得 IC2 = 5mA， 试分别求此管当 IC = 4mA 时的直流电流放大系数 与小信号电流放大系数 O 。18、某缓变基区 NPN 晶体管的 BVCBO = 120V，81，试求此管的 BVCEO。19、某高频晶体管的 f 5MHz ，当信号频率为