集成电路设计（第4版） 试题及答案 作业2

CH2GaAs和InP材料各有哪些特点? GaAs和InP材料因为具有更高的载流子迁移率和近乎半绝缘的电阻率等，能工作在超高速超高频。GaAs和InP中，电子和空穴可直接复合，可用来制作发光器件，如发光二极管（LED）、激光二极管（LD）和光电集成电路（OEIC）。①GaAs衬底是半绝缘的，在这样的衬底上可制作出高性能的器件，如电感、微波变压器及微波毫米波传输线；②GaAs器件和IC能工作在更高的温度；③具有更好的抗辐射性能。InP突出的性能在于其GaInAsP/InP物质系统发出的激光波长范围正好覆盖了玻璃光纤的最小色散（1.3μm）和最小衰减（1.55μm）的两个窗口。因此，InP器件和光电集成电路OEIC（Opto-ElectronicIC）广泛应用于光纤通信系统中。InP技术的缺点在于还没有GaAs技术那样成熟。2．怎样的条件下金属与半导体形成欧姆接触？怎样的条件下金属与半导体形成肖特基接触？各有什么特点？ 接触区半导体重掺杂可实现欧姆接触，金属与掺杂半导体接触形成肖特基接触。肖特基接触：阻挡层具有类似PN结的伏安特性。欧姆型接触：载流子可以容易地利用量子遂穿效应相应自由传输。3．SOI材料是怎样形成的，有什么特点?SOI绝缘体上硅，可以通过氧隔离或者晶片粘结技术完成。特点：电极与衬底之间寄生电容大大减少，器件速度更快，功率更低。4.简述双极型晶体管和MOS晶体管的工作原理。在放大电路中，双极型晶体管主要应用其放大工作状态，而在脉冲与数字电路中则是主要应用其饱和状态和截止状态。在放大状态下，双极型晶体管发射结通过外加电压VBE正偏，集电结通过VBC反偏。由于发射结正偏，使发射结宽度变窄，扩散运动占优势。高掺杂发射区的大量电子注入到基区，形成电子电流IE。注入到基区的电子，成为基区的非平衡少子，将继续向集电结方向扩散。在扩散的过程中，有少部分的电子与基区中的多子空穴复合，形成基极复合电流IB，大部分电子到达集电结边界，并在集电结电场作用下，漂移到集电区形成集电极电子电流IC。双极型晶体管的放大作用就用正向电流放大倍数F来描述。以N型MOS晶体管为例，如果没有任何外加偏置电压，这时，从漏到源是两个背对背的二极管。它们之间所能流过的电流就是二极管的反向漏电流。在栅电极下没有导电沟道形成。如果把源漏和衬底接地，在栅上加一足够高的正电压，正的栅电压排斥栅下的P型衬底中可动的空穴电荷而吸引电子。电子在表面聚集到一定浓度时，栅下的P型层将变成N型层，即呈现反型。N反型层与源漏两端的N型扩散层连通，就形成以电子为载流子的导电沟道。如果漏源之间有电位差，将有电流流过。外加在栅电极上的正电压越高，沟道区的电子浓度也越高，导电情况也越好。如果加在栅上的正电压比较小，不足以引起沟道区反型，器件仍处在不导通状态。5.写出NMOS管在三个工作区域中的输出电流IDS表达式，并画出输入电压-输出电流特性曲线。NMOS器件在三个区域中性能的理想表达式为：截止区线性区饱和区＝式中，IDS为漏极电流；VGS为栅-源电压；VT为器件的开启电压；KN为NMOS晶体管的跨导系数。N型MOS管与P型MOS管的电压-电流特性6.推导N型MOS管线性区的输出电阻表达式。将线性区公式对VDS进行微分，可求出线性区的输出电阻（即沟道电阻），微分后得到输出电导： 求倒数后得到沟道电阻RC，它近似为：7.推导N型MOS管线性区的跨导表达式。跨导gm表示输出电流IDS和输入电压VGS之间的关系，定义如下： 可以用gm来衡量MOS器件的增益，在线性区为：gm（线性）＝KNVDS 在饱和区为：