半导体器件基础习题答案

1、半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) 半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) 1062109053杨旭一整理(仅供参考) #第二章2.2使用价键模型，形象而简要地说明半导体(a)失去原子(b)电子(c)空穴(d)施主(e)受主23Q:使用能带模型，形象而简要地说明半导体:(a)电子(b)空穴(c)施主(d)受主00000000(e)温度趋向于OK时，施主对多数载流子电子的冻结r*ok温度趋向于0K时，受主対多数载流子空穴的冻结(g)在不同能带上载流子的能量分布(h)本征半导体电子(Dn型半导体p型半导体

2、(k)非简并半导体3*7二、亠E、(D简并半导体3kT1厂.丄&2.7Q:在导带或价带中，载流子的分布或载流子的数目是能量的函数，并且在靠近能带边缘时，载流子的分布有最大值。取一种半导体是非简并半导体，对于导带和价带，证明其载流子分布的最大值分别对应的能量为Ec+kT/2和Ev-kT/2oA电子在导带中的分布为gc(E)f(E)空穴在价带中的分布为gv(E)lf(E)对于导带中的载;流子电子F(E)=*農)旧JET”kT,E+3kTE,下一仇3kT317-(E-Er)/kTf(E)F(E)：3：(EEJ-(E-Er)/kT=K(E-EjE-E“kT咼3K半导体器件习题答案半导体器件习题答案10

3、62109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理（仅供参考） 半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) 1062109053杨旭一整理（仅供参考） -(E-EQ/kT(EE)1,2c-EEF)/kT_kTV_J訥(E)f(E)K2(E-Ec)1/2=o|IE=EpM,election=2(E-Ec)1/2洛3-Ej”=Ec+|kT对于价带中的载流子空穴f(E)=1+e(EU)/kT-1-e(E_Er)，kT,EEpeakhole=E”kT2(E-E)1/2灯pK22.16与浓度相关的问题Q:均匀掺A=1015/an3的P型硅片，在温

4、度T0K时，平衡状态的空穴和电子浓度是多少？A由于T趋于OK,因此n-0,p-0Q:掺入杂质浓度为N的半导体N1且所有的杂质全部被电离，n=N和p=if/N请判断杂质是施主还是受主？说明理由A杂质是施主，因为对于施主n=ND,p=i；/ND对于受主p=Na,n=n;/NaQ:一块硅片在平衡条件下保持300K的温度时，其电子的浓度是io5/an3，空穴的浓度是多少？A硅片在300K的温度下的本征我流子浓度为iii=1010/aii3n=105/an3假设非简并，则p=ii/n=1015/an3结果显示确实为非简并Q:在温度T=300K,样品硅的费米能级位于本征费米能级之上0.259eV处，空穴和

5、电子的浓度是多少？A硅片在300K的温度下的本征我流子浓度为iii=1010/ail3n=h/Ef-emt=10i0e0259/00259=2.20 xlO”/an3P=U/EEWT=lolOe.259/O.O259=4.54乂”/QI?(e)Q：非简并错样品，在平衡条件下温度保持在接近室温时，已：wi=1013/aiin=2p,NA=0求n和NDA由非简并，得11，2=np=n2/2n=y2i=1.414xlO13/an3p-n+ND-NA=n/2-n+ND=0=ND=11/2=1/72=0.707xl013/an3117Q:求在下列条件下，均匀掺杂硅样品中平衡状态的空穴和电子浓度：1.T=

6、300K,NaND,ND=1O15/an3AT=300K,ii1=101/an3NaNd,iNd2i】=Nd=1015/an3,p=-=10T=650K,Na=0,Nd=1014/an3A由ffl2.20,T=650K,ii11016/an3ND.可认为是本征半导体/.n=p=ni=1016/an3121Q编写计算机程序，画出类似图221的Ef-Ei与NA或ND的变量关系。/ail3T=300K,Na=1016/anNDNAT=300K,ni=101/an3NdNA,iiiNa2/.p=NA=1016/an3,n=104/an3T=300K,Na=9xlO15/an3,ND=1016/an3A

7、补偿半导体T=300K,ii1=1O（注：本題及以下相关题目的mathb程序不是标准答案.仅供參考!）/ail3,ND-NA1n+NA=p+ND.nND-NA=1015/an3p=l=105/an3n4.T=450K,Na=O,Nd=IO14/an3A由图2.20,T=450K,i5xlO13/ail3与Nd是可比的，应使用Eq2.29Aclear：%specificationofbasicparameterskT=0.0259,ni=1.0el0;NB=logspace(l3,18),%NB=NDorNA%computationofEF-Eiversusdopmg(Eq2.38)EFiD=k

8、T.*log(NB./ni)EF1A=-EF1D,%plotoutFeiTnilevelpositioningsemilogx(NB,EFiD,NBEFiA),axis(l.Oel3,1.Oel8,-0.56,0.56),grid,xlabel(4NDorNA)tylabel(EF-Ef)ttext(1.0el4,030,Donor),textCl.OeMO.SO,Acceptor),第三章3.1使用能带图，简要说明下列情况的图示。Q:(a)在半导体内存在电场A说明：当材料内存在电场时，能带能量变成位置的函数，称为。能带弯曲”Q：(b)电子的动能为零，即KE=0A说明：Q：(c)空穴的动能KE

9、=EG/4A说明:Q：(d)A光产生说明:Q：(e)从外部输入的光被吸收，电子被激发后，直接从价带进入导带直接热产生半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) 1062109053杨旭一整理(仅供参考) #说明：热能被吸收，电子被激发后，直接从价带进入导带Q：直接复合半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #说明：电子和空穴在半导体晶格内运动，漂移到相同的空间靠近并相互碰撞，形成导带电子和价带空穴的直接湮灭。这一过程中会发生过剩的能量的释放。Q：(g)经由R-G中心的复合E

10、CETEVQ：(h)经由RG中心的产生A热能说明：电子失去能量后，在价带中与空穴一起湮灭。半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) 1062109053杨旭一整理(仅供参考) 热能103cin/s2V/lan=500an2/VsEcEtEv说明：热能可以帮助在RG中心内产生载流子。简要回答Q：(a)当2V的电压加在lcm长的半导体棒的两端时，空穴的平均漂移速度为10cm/s。半导体内的空穴迁移率是多少？A%=咛Q：(b)影响非简并

11、掺杂半导体器件性能的两种主要載流子散射机制的名称是什么？A晶格散射电离杂质散射Q：(c)在已知本征半导体材料中的载流子迁移率与重掺杂材料相比，结呆为较高。简要说明为什么与重掺杂材料相比，在本征材料中的迁移率是较高。A本征半导体中晶格散射是主要的散射机制，而在重掺杂材料中电离杂质散射也很重要，因为电离杂质散射是随着施主或受主的増加而增加的，并使载流子迁移率有规律地减少。Q：(d)n型和p型两片GaAs晶片是均匀掺杂的，即ND(晶片1)=NA(晶片2)nio哪一个晶片的电阻率较大？说明理由。A1P=,n型半导体P=p型半导体9讥两片晶片的掺杂浓度相同，而电子的迁移率大于空穴的迁移率，因此p型半导体

12、即晶片2的电阻率较大。Q：(e)在室温下硅样品中测得电子的迁移率cmZ/Vso求电子的扩散系数。A=kTqckTy%=00259eV.1300an2/V.Se=33.67cm?/sQ：低浓度注入的代数陈述是什么？Ap三型半导体Ailp0,p=Po,p型半导体Q：(g)在硅样品中使用光照来产生过剩载流子。这些过剩載流子将会通过RG中心复合形式被复合。说明：硅是间接半导体，在间接半导体中，R-G中心复合机制是主要的复合过程，与R-G中心复合相比，直接复合是完全可以忽略的。Q:(h)在处理之前，硅样品中含有ND=10A14/cm3施主和NT=1211/cm3RG中心。处理之后，样品含有ND=10A1

13、7/cm3施主和OTOlO/cmSR-G中心在处理的过程中少子的寿命是增加了还是减少了？说明理由。A少子寿命增加了。因为1rn=-而NT在处理之后减小了，因此少子寿命増加了。3.18假设地球受到神秘光线的影卩胡1诱有的少子立刻消失，而多子未受影响。最初在平衡状态下的房间没有受到神秘光线的影响，书桌上放有一块均匀掺杂的硅片，在时间t=0时受到这束神秘光线的影响。硅片的掺杂NA=10A16/cm3,m=10A-6s,温度T=300K。Q:(a)在t=(H时An是什么？因此n=0o八An讥一吠-工一畔一I。4/曲勺勺心1016说明：受到神秘光线的影响后，所有的少子立刻消失,Q：(b)在t=0+时是产

14、生占优势还是复合占优势？说明原因。A在t=0+时是产生占优势。由于在t=0+时少子减少了，故处于载流子欠缺状态，因此RG中心产生占优势。Q：(c)在时硅片内存在低浓度注入的条件吗？说明原因。A存在低浓度注入条件。由(a)知,|An|=|n-iiQ|=104/an3=NA=1016/an3而多子未受影响，因此满足低浓度注入条件。Q：(d)从适当的微分方程出发，求t0时的AUp(t)A少子的扩散方程为：5AnpQt由于t0时，硅片没有受到光照设，因此GL=O：而硅片中又不存在浓度梯度，因此a2AnDN3=0dxr则少子扩散方程简化为：尬口Anpp?空一G初始条件为Aiip(0)=-iig=-104

15、/an3方程的解为：Aiip(t)=-iiQe-t/ra3.24在平衡和稳态橐件下，半导体光照前和光照后的特性由能带图P3.24给出。温度T=300K,m=10八10/cmJ电子迁移率为1345cm2/Vs,空穴迁移率为458cm2/Vs。根据这些已知条件求：Q；(a)平衡載流子浓度nO和pOoA由图P3.24知，光照前EF-Ex=0.3eVrriii-k常peDM=10】。严叱=L07xl0i5/曲A光照后p0=n;/no=(1O10)2/(1.07xlO15)=932xlO4/cm3Q：(b)在稳态条件下的n和p。Fn-E=0.318eV,Ex_Fp=0.3eV因此在稳态条件下，n=nie

16、(FN-Ei)/kT=lolOxeO.318/O.O259=215xlol5/cin3p=i】0Ef)/kT=io】。xe03/00259=1.07xl015/cm3Q:(c)NDA由平衡条件下Nd三得H3Nd=110=1.07XlO15/an3Q：(d)当半导体被光照射时，有U氐浓度注入”吗？说明原因。A由于该半导体的少子为空穴，而P=P-Po=107xlO15-9.32x1041.07xlO15/an3不满足Apx0oQ：(a)结的内建电压是多少？并证明。&对于关注的偏压范围内，给定xnx0,那么在热平衡条件下(VA=0)显然也有xnx0o现在，方程(5.8)中Vbi的关系导出对于一个完全

17、非简并掺杂分布是有效的。而且，n(-xp)=ni2/NA,当xnx0时，对于给定的结分布，有n(xn)=ND,就像一个标准的突变结一样。假定p区和xnx0的n区掺杂为非简并的，那务方程(5.10)的标准结果因此就可以应用：=_ln(这道题指出了Vbi仅与耗尽层边界的掺杂浓度相关。)证明由（5.4）式可得:E=-dx%v（）在耗尽区内积分:-jEdx=J扫lkTdn/dx由(5.7)式可得:E=Ed*了qn（-xp）dv=v（）-v（xp）=y）1半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案10

18、62109053杨旭一整理(仅供参考) #因为:n()=Nd，fi(-$)=-所以叫严旦讹).q丐Q(b)根据耗尽近似，画出二极管内电荷密度P与x的关系。P=0,A:在耗尽近似条件下，既然对于-xpWxWxn时，P=q(ND-NA),Sx等于其他值时,那么我们可以得到：Q：(c)给出耗尽层内电场E(x)的解析表达式。A根据泊松方程:dE/dx=P/Kse0dEdx-qg一xxoK怎P2K屁勺qNpYYY0.O.W.当-xpWxWO时:半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案10621090

19、53杨旭一整理(仅供参考) #当OWxWxO时:半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) 1062109053杨旭一整理(仅供参考) 半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #或者:当xOWxWxn时：所以,（X）=“_于A(勒+X)._XpX0(Na%WXoor一理区僅心.0“*瓦心2Tf_畀(、xh.&SxS片5.7施亮%pnjunction(si300k)%Constantk=8617e-5;T=300;Ks=l18;e0=885e-14;kT=k*T;q=l6e-19;ni=1OelLO;NA=lel5;ND=Mel4;VA0

20、=input(fTHEINITIALVOLTAGE:VAO=f);Vbi=kT*log(NA*ND/ni2);fori=l:4VA(i)=VA0/2(i-1);Xp(i)=(2*Ks*e0*ND*(Vbi-VA(i)/(q*NA*(NA+ND)75;Xn(i)=(2*Ks*e0*NA*(Vbi-VA(i)/(q*ND*(NA+ND)75;W(i)=Xp(i)+Xn(i);dX(i)=W(i)/1000;X(i,1)=-Xp(i)；forj=l:1001ifX(i,j)0；E(i,j)=-q*NA*(Xp(i)+X(i,j)/(Ks*e0)；V(i,j)=q*NA*(Xp(i)+X(i,j)八2

21、/(2*Ks*e0);elseE(i,j)=-q*ND*(Xn(i)-X(i,j)/(Ks*e0)；V(i,j)=Vbi-VA(i)-q*ND*(Xn(i)-X(ifj)八2/(2*Ks*eO);endX(i,j+1)=X(i,j)+dX(i)；endE0(i)=min(E(i,1:j)；VO(i)=E0(i)V/(2*q*NA)*Ks*eO;endX=X(:f1:j);subplot(2#lz1)plot(XTzE1);grid;xlabel(fX(cm)1);ylabel(TE(V/cm)1);axis(-25*max(max(Xn)rmax(Xp)r25*max(max(Xn),max(

22、Xp),1l*-q*NA*max(Xp)/(Ks*e0),0);subplot(2#lz2)rplot(XTfV1);grid;xlabel(1X(cm)1);ylabel(1V(V)1);axis(-25*max(max(Xn)rmax(Xp)r25*max(max(Xn),max(Xp)z0f1】(Vbi-min(VA)；VA,Vbi,Xn,XpfW,E0fVO第六章6.1理想二极管的简答题。尽可能简洁地回答下列问题。假设以下问题都针对一个理想二极管。Q：(a)正向偏置电流与哪种载流子运动有关？A多子注入(扩散)到结的另一侧。Q：(b)反向偏置电流与哪种载流子运动有关？A少子穿过耗尽区然后

23、被加速(漂移)到结的另一侧。Q：(c)反向偏置电流为什么值比较小而且在小的反向电压下达到饱和？A:反向偏置电流为什么值比较小是因为它是由少子所引起的。反向偏置电流达到饱和是因为一个小的电压就减少了穿过pn结的多子注入，而少子是独立于所加的电压的，所以反向偏置电流能够保持。Q：(d)在反向偏置下，靠近耗尽层边界的准中性区会发生什么过程？A产生和扩散。Q：(e)为什么不能用少数我流子扩散方程确定一个二极管耗尽层内的少数我流子浓度和电流的大小？A：主要的原因是工0。还有，小注入条件很少成立：IthermalR-G-pn和即UnalR-GH_APn/&pQ：假定可以忽略耗尽层内复合一产生效应，其前提条

24、件是什么？A不存在这样的前提条件。Q：(g)严格的讲什么是“宽基区”二极管？A:“宽基区”二极管，也就是说二极管的接触电极与耗尽层边界之间的距离是少数我流子扩散长度的儿倍或者更多。Q：(h)什么是“pn结定律”？人np=iyeqVA/kT.-xpx0时仍然维持一个反偏电流？有可能。这种情况发生在瞬态关断过程中的t,段。虽然紧邻耗尽区的准中性区产生的过剩少数载流子使Va0,外电路使pn结维持反偏电流。在从开态到关态的切换过程中造成延迟的根本原因是什么？根本原因是二极管止偏时会在紧邻耗尽区的准中性区内产生过剩少数载流子的积累，而当二极管反偏时，紧邻耗尽区的少数载流子显著减少，将过剩少数载流子从结的

25、炳侧移走需要一定时间。指出在瞬态关断过程中移走过剩存贮电荷的两种机制。通过复合在原来位置消除载流子通过净载流子漂移消除过剩我流子判断对错：如果Apn(x,t)0,则Va0止确。在耗尽区边界的少数载流子浓度超过平衡值时，就意味着结处于止向偏置状态,即Va0。判断对错：如果i0,则线性坐标中pn(x,t)与x的关系曲线在x=Xlx处的斜率必定是正的。错误。由Eq8.2,=一知，当i0时，x=xn处的斜率是负的。dx存人qADp阶跃-恢复二极管的电学性质和物理结构有什么特殊之处？阶跃-恢复二极管的J非常短。它是一种P-I-N结构，且结非常陡直。(0判断对错：片和Ir都增加2倍不影响存贮延迟时间。止确

26、。由Eq8.8,(=fpIn1+知，当If和Ir都增加2倍时，存贮延迟时间不变。判断对错：在瞬态开启过程中复合实际上起到了延缓存贮载流子积累的作用。正确。复合导致的载流子减少延缓了存贮载流子的积累。8.2图P8.2显示了在给定时刻pn结突变二极管n型区的空穴浓度。结处于止偏还是反偏？反偏。Apn(xn,t)=pn(xn5t)-plx0-Plx0vA=111=-0.018Vq12丿二极管中是否有止向或反向电流?有反向电流。由十0,而=,因此ivO。血L=Xa血p第十五章15.1快速测验给出“场效应”的定义。通过加在半导体表面上的垂直电场來调制半导体的电导率的现象。简要描述J-FET中“沟道”的含

27、义？J-FET中源漏端之间非耗尽的、有电流通过的区域。对于一个p沟J-FET,在正常工作条件下，电流如何流进或流出漏端？对于p沟J-FET,漏电流是流出漏端的，p沟道器件中空穴是沟道我流子，空穴通过沟道流入漏端，电流与空穴的运动方向一致，即从源端流向漏端。什么是“缓变沟道近似”？J-FET耗尽区内的静电变量在y方向的变化关系，与静电变量在x方向的变化关系相比是一个随位置变化很缓慢的函数。名词“夹断”的含义是什么？沟道完全耗尽，J-FET顶部和底部的耗尽区相接触。(0漏电导的数学定义是什么？跨导呢？(g)对于一个J-FET,画出其低频交流响应的小信号等效电路图。(h)blESFET、D-MESF

28、ET和E-MESFET各代表什么含义？MESFET：金属-半导体场效应晶体管D-MESFET：耗尽模式MESFETE-MESFET：增强模式MESFET(0在短沟道MESFET的建模工作中，为什么关心沟道内的电场大小？因为电场足够大时，FET沟道内的载流子漂移速度不再与电场成止比，而是趋近于饱和速度。简要说明，长沟道ID-VD理论和两段短沟道IDVD理论之间的主要区别是什么？在两段短沟道ID-VD理论中，力与漏端间的沟道中我流子漂移速度设置为V5at,其中力是沟道内|乙|增大到V*的点。15.2该器件是基于一个均匀掺杂的硅长条而形成的，成为复合管。长条形的上面和下面两端为欧姆接触并通过D和B引

29、线分别与外界相连。D是荫个p+区之间的距离,L是p+区的横向长度。：已知：D-B连在一起；dvvLp；Veb0：VCB+IATI/+如果dLp,则两个pn结与BJT相似，、()；%bLp。画出流进E-C电极的电流随E-C和D-B之间电压的变化关系。如杲dLp,则两个pn结仅相当于并联的两个二极管。已知：E-C连在一起；dv2%,其中r是复合管中pn结上压降为击穿电压时耗尽区宽度；L儿乎等于D和B之间长条的总长度；VDB0：o,因此为P型掺杂，ov2%、因此为耗尽。半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导

30、体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) 1062109053杨旭一整理(仅供参考) 半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #缶4訂。0fO,因此为P型掺杂，傀=2%、因此为耗尽反型过渡点。能带图：电荷块图：/I岡I区狀-=-15,-=3kT/qkT/q0FV0,因此为n型掺杂，0S，因此为积累。能带图:电荷块图:0F。，因此为p型掺杂，0s20f，因此为反型。能带图：电荷块图:16.2分析图16.8画出理想p型衬底MOS电容在反型开始偏置状态时的电荷块图，以描述电荷情况。

31、(b)在(a)中的所画的图是否和图16.8(c沖的p/qNAX图相符合？解释为何p/qNA图在x=0处有一个尖峰，并且证明在x=0时，p/qNA=-2o符合。在x=0处有一个尖峰的原因是包含了所有的电荷块。如下图所示：由定义，在x=0处，反型开始时1】心賦=Na,因此A=-口心“+心)=-2qNA,即在x=0时，p/qNA=-2o(c)假设在图16.8中，=T=300K,求医。所得到的是否和图16.8(c)中的kT/q近似电荷分布相符合？由-=12,得Na=比=1.00 xlOloe12=1.63xl015/an3kT/q(2)(11.8)(8.85x1CT】4)(24)(0.0259)(1.

32、6x10川)(1.63x10)=0706/411图16.9中P*=O.7/ZU1，因此所得到的叫是否和图16.8(c)中的近似电荷分布相符合。168利用图P16.8中的理想MOS结构的CV特性图和能带图填充下面的表格。偏置条件电容(ae)能带图(1-5)反型e4耗尽c3平带b1Vg=%do积累a51612(a)考虑P16.12(a)中的CV特性曲线，哪个或哪些曲线反映了当%时，存在平衡的反型层？请给予解释。曲线a和b为MOS电容在平衡的情况下的标准低频和高频C-V曲线。而曲线c是非平衡的深度掺杂特性。图P1612(b)中比较了荫个相同栅极面积的MOS电容的C-V特性曲线。曲线b与曲线a相比，其

33、氧化层厚度(更薄、相同、更厚)？其掺杂浓度有何不同(更低、相同、更高)。请给予简单解释。积累情况下，CtC。二瓦心缩/牝，由于两个器件在积累偏置时电容相等，因此其氧化层厚度相同。由Eq16.36和Eql6.37,耗尽偏置时电容越大，说明掺杂浓度就越大，因此b器件比a器件的掺杂浓度更低。1613理想MOS电容，其C-V特性如图所示。该MOS电容的半导体部分是n型掺杂的还是p型掺杂的，为什么？p型掺杂，因为p型掺杂器件的积累(C噺)是发生在V0的，而反型(C)则发生在0o画出对应于CV特性曲线上点2的MOS电容的能带图。半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考)

34、 #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #画出对应于CV特性曲线上点1的电荷块图。半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一

35、整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #若该MOS电容的面积为3x10-3cmh其氧化层厚度是多少?半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) 半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #由图P16.13,C喚=100pF,而C唤=C=氐勺每，因此X。卷=K=(3.9X8.85xl0-p(3xl0-3)=。叶Cg10利用5耗尽近似，求该MOS电容的,以及相关的半导体掺杂浓度？根据5耗尽近似公式，对于反型偏

36、置且31叫有C。,因此KsX()Wr=(11.8)(0.104)3?9(跖)=1.26/aii半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #由图169可知Na三5xl0】4/cm1615图P16.15所示的电荷块给出了一个理想MOS电容的直流状态。题中半导体是n

37、型还是p型？请解释为什么。p型。反型层为负电荷。器件处于积累、耗尽还是反型状态？请解释为什么。反型状态。存在反型层。半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #修改电荷块图，说明当器件加有高频交流信号时，MOS电容的电荷状态。-ACduetoacsignalatShigh-frcquency画出该结构的高频CV特性曲线。在图中用符号标出与图P16.15中电荷块图相对应的点。半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考

38、) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #若对该器件施加如图P1615所示的同样的栅偏置时，MOS电容己经完全深耗尽，请画出新的电荷块图來描述系统的新状态。半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) 1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #/z/y旳WelectronsMOS第十七章17.1快速测验为什么MOSFET中的电流流过的电极被称为源和漏？我流子从源端流入沟道，而从漏端流出沟道。精确阐述MOSFET术语中的“

39、沟道”是什么？MOS栅端下的连接源端和漏端的反型层。当讨论MOSFET的Id-Vd特性时饱和区的工作机制是怎样的？对于给定的；，Vd乙如时即为工作在饱和区。在MOS电容中介绍的耗尽-反型转变点电压与在MOSFET中介绍的阈值电压之间有什么关系？是同一电压。为什么MOSFET中沟道表面迁移率与载流子的体迁移率不同？因为MOSFET表面沟道中的我流子除了受到晶格散射和杂质散射之外，还有表面散射机制，因此迁移率比体迁移率低。(0为什么17.2.2节中讨论的ID-VD理论公式称为平方律理论？由Eql7.22,导通时Iat随栅电压的平方而改变。为什么在17.2.3节中讨论的I。-Vd理论公式称为体电荷理

40、论？从源到漏耗尽区宽度逐渐增大，每一点处的耗尽区宽度或者说“体”电荷的变化可以由这一理论公式描述。表述“亚阈值转移特性”时需要用到哪些变量？Vd定下I。和的关系。(0漏端电导与跨导的数学定义是什么？为什么测量得到的MOSFET的Cg=0)曲线一般为低频特性，即使在1MHz的测量频率时仍然如此？这是由于当MOSFET反型偏置时，源漏区提供少数我流子，使器件能跟上栅交流信号的变化，少子仅通过表面沟道横向流入/流出MOS栅区域，响应所加交流信号的变化，因此Cg曲线表现为低频特性。半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考)1062109053杨旭一整理(仅供参考)半

41、导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #17.2器件计算。通过简单的计算求所给尺寸器件的参数。一个理想的n沟道MOSFET,在T=300K下进行特性分析，器件参数为：Z=50/2111,L=5/mixo=0.05/mi,NA=1015/an/Zn=800an2/V-So求:OWln(韵=0.297半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考)1062109053杨旭一整理(仅供参考)半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考)106210905

42、3杨旭一整理(仅供参考)半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #=(2)(0298)+Z耳C。Dmt(Vg-Vt)2=(5x103)(800)(6.9x10Y)(2一0.8)2(5X10-4)=0.397mA(c)ID5at(使用体电荷理论)，=2V时;(11.8)(8.850小)(2)(0298)(1.6x10_19)(1015)_Q6x1OT9)(ioW)(882x1(T)(6.90X10-8)=0.205V=0.882/mVG-VT=1.20V,由Eql7.29,1.20(0.205、2严1+(0.205厂(0.298)十1+(4)(0.298)J(4)(0.29

43、8)=1.06V(5x10-4)VDsat=1.20-0.205Z(5x10-)(800X6.90 x10-)=552xlQ_4ais/v=(5.52xlO4)!.20)(1.06)205)(0.298)11+1.06(2)(0.298)t|(3)(106).(4)(0.298)丿(d)=0.800V(11.8)(5x10)(4)(16x10)(10“)(o型(3)(11.8)(885xW14)(b)ID5at(使用平方律理论)，=2V时；望=(39)(8.85严=ax10好/卅Xo(5X10)对于平方律理论，半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考)106

44、2109053杨旭一整理(仅供参考)半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #=0349mA半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) 1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #gdt当VG=2V并且Vd=O时；gd=Z/C(VG一)=(5.52x104)(2-0.8)=0.662mSLgm(使用平方律理论)，当Vg=2V并且=N时；对于平方律理论，VD$at=VG-VT=1.20V,而VD=2VVDiat因此器件处于饱和区，由表I，gm=-5-(VG-Vr)=0.66

45、2mS(0gm(使用体电荷理论)，当Vg=2V并且Vd=2V时；对于体电荷理论，由于Vg=1.06V，VD=2VVD$at，器件处于夹断偏置，由表17,弘=辿=(5.52xl0-14X106)=0.585mSL/(g)f唤，当Vg=2V并且VD=1V时。对于平方律理论中VDsNA=1015/cm3op沟道器件的氧化层厚度及掺杂浓度与n沟道器件相同。但由于空穴迁移率较低，两者栅极的尺寸必须不同。请求出所蛊要的p沟道器件的Z和L。假设荫个器件的我流子的有效迁移率都为体迁移率的一半。由乳和f唤相等，由Eql77,p沟道器件和n沟道器件的C。必须相等。由于在相同的偏压下gm也相等，且P沟道器件和n沟道

46、器件的氧化层厚度相等，由表17.1,有冬禺=纽耳。又由于C0=K0r0ZL/x0,有Zpg=ZnS。Lph由图3.5a,耳=&/2=673cm?/Vs，=/zp/2=229air/V-s,因此Z=7673/229x50=85.7/zmL=V229/673x5=2.92/41117.20MOSFET复习图P17.20给出了理想MOSFET的I。-VD特性图，所给特性中1戊飢=10_3A,%琢=5V,请用平方律理论及图中所给信息回答下列问题：画出对应图中点1处的MOSFET中反型层与耗尽层区域，并且标出器件的各个部分。由0可以得出MOSFET为n沟道器件，点1处于非饱和区，因此沟道变窄，但是没有发

47、生夹断。SGD4?若阈值电压=1V,为了得到图中的特性曲线，需要在栅极施加多大的电压？由平方律理论口严%，则=冷at+%=W若X,=0.1/2111.MOSFET偏置在图中点2处时，求其沟道区靠近漏端单位面积(每平方厘米)上的反型层电荷。点2对应于夹断点，对于平方律理论，MOSFET沟道区靠近漏端的电荷为零，即Qn(l)=o假设栅极电压被调整到-%=3V,求=4V时的I。由-=刃且=4V，则因此调整后的器件工作在饱和区。由于8%)，则如丄【Dsat2比2-耳丿=3.6x10-4A半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅

48、供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #若图中点3为该MOSFET的静态工作点，请求出gd。由定义%=con5tant点3处的理丸，因此&=0o%半导体器件习题答案半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #半导体器件习题答案半导体器件习题答

49、案1062109053杨旭一整理(仅供参考) 1062109053杨旭一整理(仅供参考) 半导体器件习题答案1062109053杨旭一整理(仅供参考) #若图中点3为该MOSFET的静态工作点，请求出gmo点3处于夹断区，由表17，*仏7山也=22=4x10七mLGTVG-VT5(g)若VD=0(即漏极与源极以及衬底短接)，画出MOSFET大致的Cg特性图，其中Cg为栅电容。对Fn沟道MOSFET,其特性图与图17.13(b)类似。第十八章18.1快速测验皿-2与-丫有什么不同？m-龙与m-水在数值上是相同的。对于MOS电容或MOSFET加上温度偏置应力以后，会出现什么现象？C-V特性曲线漂移

50、。MOS结构中，氧化层固定电荷的物理来源是什么？氧化层固定电荷的物理來源是过量离化硅。由于氧化过程突然中止，导致过量离化硅从晶格位置断裂，等待在S1-S1O2界面附近反应。界面陷阱浓度。庙依赖于硅的表面晶向，请描述晶向对Dfp的具体影响。界面陷阱浓度在111表面最大，在100表面最小，在这两个表面的处于禁带中央的界面态的比例大约为3:1。离化辐射对MOS结构有什么影响？辐射后的MOS器件的氧化层中会出现固定电荷明显增加和界面陷阱浓度增加。进行温度偏置应力实验时，如何分辨负偏置的不稳定与由于碱离子引起的电压不稳定？负偏置的不稳定会导致C-V曲线向负偏置漂移；碱离子引起的电压变化方向与偏置电压相反。)在何种情况下*VTWre?%=%是在表面电势在=0于=24之间变化时，Qjt的变化很小的假设下得出的