微电子器件期末试题知识分享

1、、填空题1 .PN结中P区和N区的掺杂浓度分别为Na和Nd,本征载流子浓度为R ,kT. NaNd则PN结内建电势Vbi的表达式Vbi ln q ni2 .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, 则耗尽区宽度值越大，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，扩散电流提高；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。xn解析:xpqN sIE qN sIEqNpxnEdxxpqNA2(xnq N。xp ) | Emax |2q N| Emax0I21|E | (2qN0Vbi)2| max | ()N

2、 N nZKTNaNd ln(- A D2nis对于单边突变结，可通 使势垒区拉宽来提高雪s(Na Nd)1-2过适当降低轻掺杂一侧 崩击穿电压。的掺杂浓度,反向饱和电流I(也 p 也nnj qn2(DL 卫匚)SLp nLn p i LpND LnNA3 .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 发射区和基区的掺杂浓度的比值 NE-，降低基区宽度。Nb 解析： *1 -(WB)2(1 deWbNb) (1 上)(1 RE)2 LbDbWeNebRn b4 .对于硅PN结，当V0.45V时，电流密度J满足关系式 lnJ qV,此时以正向扩散电流为主;在室温下，反向电流以势由

3、区 kT产生电流为主，该电流与Q存在 Q关系。解析：当温度较低时，总的反射电流中以势垒区产生电流为主；当温 度较高时，则以反射扩散电流为主。对于硅 PN结，在室温下以势垒 区产生电流为主，只有在很高的温度下才以反向扩散电流为主。反向扩散电流含n；因子，势垒区产生电流则含%因子。5 .势垒区电容Cs反映势垒区边缘的电离杂质电荷随外加电压的变化;扩散电容Cd反映的是中性区的非平衡裁流子电荷随外加电压的变化; 变容二极管是使用的势垒区电容。6 .PN结电击穿有齐纳击穿和雪崩击穿两种机制,其中雪崩击穿机制 决定的击穿电压具有正温度系数。7 .在小电流的情况，双极结型晶体管的 会降低，这是此时发射极电

4、流中复合的比例增大;大电流时 会降低，这是由于大注入的基区扩 展效应。8 .PN结反射饱和电流随结温升高而升意j MOSFETI通状态下，饱和 输出电流随半导体温度增加升高而降低， 这主要是由于迁移率下降造 成的。解析：对于同一种半导体材料和相同的掺杂浓度，温度越高，则 q越 大在，反向饱和电流就越大在，所以 J具有正温度系数。9 .由于栅氧化层中通常带正电， 这使得N沟道MOSFET勺阈值电压绝 对值变& 可动钠离子从金属/绝缘层界面移向绝缘层/半导体界面， 阈值电压绝对值变小10 .短沟道MOSFET漏极电流饱和是由于载流王速度饱和随着沟道 长度缩短，阈值电压障低长沟道MOSFETS极电流

5、饱和是由于沟巫 夹断。11 .为了提高双极结型晶体管的基区输运系数，应降低基区宽度,降 低基区掺杂浓度；当基区宽度减半时，基区渡越时间变为原来的 -,一4这将降低基区穿通电压。12 .双极结型晶体管工作在放大区，发射结正偏电结反偏O寸 用于模拟电路；工作在截止区，发射结反总孽电结反偏一13 .PN结的少子存储效应产生PN结的反向恢复时间，存储电荷消失 的两个途径是：反向电流的抽取和少子的复合。14 .均匀基区晶体管.少子在基区中主要作扩散运动，又称为均匀基区晶体管。缓变基区晶体管，少子在基区主要作漂移运动，又称为漂 移晶体管。由于内建电场的存在使漂移晶体管少子的基区渡越时间低_ 王扩散晶体管。

6、15 .对PN结外加反向电压时，势垒区宽度增与 势垒区内的电场增强16 .PN结在较小偏压下的反向电流由空穴扩散电流、电子扩散电流和 势垒区产生电流三部分所组成。17 .PN结的击穿有三种机理：它们分别是雪崩倍增、隧道效应和热击18 .在同一个N型衬底上形成两个PN结，结深一样，但P区掺杂浓度 不一样，问：此时，高P区浓度PN结的击穿电压应小于低P区浓度 PN结的击穿电压。19对P沟道MOSFET栅氧化层中的固定电荷Qox将降低阈值电压。20 .在反偏的P N结中，电场峰值出现在冶金结处,且 N掺杂浓度越 低，则耗尽区宽度越宽耐压越高J P区扩展的耗尽区宽度比 N 区的扩展的耗尽区宽度/J N

7、区耗尽区电荷总数与P区耗尽区电荷总 数相等。21 .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。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dx 1或碰撞电压积分为22 .当P N P结构的N区全耗尽时，该结构的电流电压特性呈现穿通 击穿的状态；当P N N结构的N区全耗尽时，该结构的电流电压特性呈现反向阻断，正向导通状态。23 .晶体管的共基电流增益与基区输运系数和发射结发射效率有关。其中，基区输运系数被定义为集电结处电子电流与发射结处电子电流之比。影响它的主要结构和材料参数为基区宽度。 发射结发射效率被 定义为发射结处电子

8、电流和发射结处总电流之比, 影响它的结构和材 料主要参数为发射极与基极的浓度比。24 .随着电极电流逐渐增加，在小注入和中等注入水平情况，晶体管 电流增益会增大,进入大注入状态，会出现 Webster效应。在极低电 流水平下，电流增益是较小的，要提高该状态下的电流增益降低 体内陷阱。25 .降低基区电阻的工艺和版图措施有增大基区掺杂和结深、采用无 源基区重掺杂、采用细线条，并增加基极条数目。26 .在高频晶体管中，当Wb较大时，提高%的主要措施是减小 竺和减 小集电结耗尽区,但是上述做法会带来击穿电压的下降， 因此需要折 中。27 .在高频晶体管中，工作频率每增加一倍，| I减小一半，功率增益

9、1降为4,可定义功率增益和频率平方的乘积为高频优质，记为 M。28对于MOSFET VGS VT时，MOSFETfe流仍然存在，这称为亚阈区导电。此时，沟道表面处于弱反型状态。在计算亚阈值电流时通常只 计入扩散电流,而忽略漂移电流。29对于MOSFET改变阈侑电压是丰要通过改变沟道掺杂浓度和改变_ 栅氧化层厚度来实现的。而栅氧化层中的固定主要呈正电荷特性， 栅 氧化层中电荷对阈值电压的影响是使阈值电压减小。止匕外，衬底偏置效应对阈值电压也有影响，栅氧化层越厚，沟道掺杂浓度越高，衬底 偏置效应越严重。30 .当发射区掺杂浓度太高时，发射效率变小，这是由于禁带变窄和 俄歇复合。31 .在PN结开关

10、管中，在外加电压从正向变为反射后的一段时间内， 会出现一个较大的反射电流。引起这个原因是存储在中性区中的非平 衡少子电荷。这个电荷的消失途径有两条，即反向电荷的抽取和载流 子复合。32 .在高频下，晶体管基区渡越时间b对基区输运系数*有三个作用， 它们是：复合损失使 二小于1、时间延迟引起相位延迟和渡越时间的 分散使I *1减小。当基区宽度加倍时，基区渡越时间增大到原来的4倍。33 .小电流时 会下降，这是由于小电流时，发射极电流中复合电流的 比例增大。大电流时 会下降，汝是由干大注入效应和基区扩展效应。34 .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减薄轻掺杂区浓度。

11、35 .雪崩击穿和齐纳击穿的条件分别为：:dX 1和dmin EG足够小。J0 qE36 .要降低基极电阻 小，应当提高基区掺杂浓度，增大基区宽度。37 .在分析PN电流电压特性时，肖克莱方程做了如下假设：突变结近 也、波尔兹曼统计近似、小注入假设，在耗尽层中不存在产生 -复合 电流，此处也未计入中性区的串联电阻。如果考虑耗尽区的产生 -复 合过程，则总的反向电流为扩散电流和耗尽区产生复合电流之和。简答题2VBXd1 .某P N N结的雪崩击穿临界电场EC 32V m1,当N区的长度足够长时, 击穿电压VB 144V,试求当N区的长度缩短为3 m时，击穿电压是多少？ 解：当N区足够长时，开始发

12、生 雪崩击穿的耗尽层宽度 为EcVb Vb1 (2)2380V2 .说明PN结二极管为什么具有整流特性？肖特基势垒二极管和PN结二极管有均具有整流特性，比较两种器件的异同。答：Pn结二极管正向电流主要由多子电流，电流随外加电压迅速增 大；反射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。3 .给PN结外加集团电压V,分别写出P区和N区的耗尽区边缘处少 子浓度np( Xp)和Pn(xn)与V的关系式。基于此，比较工作在放大区的 PNP晶

13、体管的发射结耗尽区边缘的少子浓度 np( Xp)和Pn(Xn)与平衡少 子浓度np0和Pno的大小。qVqV答：np( Xp) np0e、pn(xn) pekT。放大区的PNP晶体管的发 射结正偏，故有 np( Xp) np0、pn(Xn) pn04 .对于长沟道MOSFET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，说明下列参数发 生什么变化：阈值电压VT、饱和漏极电流 日凯，跨导gm和沟道电导冗口。答：阈值电压%保持不变，饱和漏极电流 (凯降低50%,沟道电导Ron 增加一倍，跨导gm降低50%。5 .什么是厄尔利效应，简述减小厄尔利效应的方法，

14、并尝试说明这些方法对其他电参数的影响。答：当 Vce 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集电区扩展， 左侧向中性基区扩展。 这使得中性基区的宽度WB 减小。基区宽度的减小使基区少子浓度梯度增加，必然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WB ，减小集电结耗尽区在基区内的宽度xdB ，即增大基区掺杂浓度NB 。但增加WB和NB都将降低基区输运系数，进而降低电流放大系数。6 .给出双极结型晶体管的特征频率、最高振荡频率以及BVCEO 的定义。说明提高双极型晶体管的高频优值的主要措

15、施。答：特征频率： | 1 时对应的频率；最高振荡频率： | Kpmax| 1时对应的频率；BVCEO ：基极开路，集电结反偏，I CEO 趋于无穷大时的VCE 。提高双极型晶体管的高频优值的主要措施： 提高特征频率， 降低基极电阻以及集电结势垒电容。7 .在实际工作中，一般是怎样测量双极型晶体管的特征频率 fT的？答：在实际测量晶体管的特征频率fT时，一般并不需要按fT的定义使 | |下降到1时的频率，而是在f f fT的频率范围内测量| |值, 然后利用| | 0和fT 0 f就可以根据测试频率f和所测得的| | 计算出：fT I I f式中，|1而, fT,这样可以降低对测量仪器和信号源的要求。三、计算题1 .某晶体管的 0 60,当 f 15MHz 时测得114,CTE 1PF,CDE 12PF,CT