《微电子器件原理》复习题.doc

考试时间: (第十周周二6-8节)
考试地点:待定
《微电子器件原理》复习题及部分答案
填空
PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种,它们之间的主要区别在于扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内,其机理为少子的充放电,而过渡区电容产生于空间电荷区,其机理为多子的注入和耗尽。
当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压VT产生影响,具体地,对于短沟道器件对VT的影响为下降,对于窄沟道器件对VT的影响为上升。
在NPN型BJT中其集电极电流IC受VBE电压控制,其基极电流IB受VBE 电压控制。

硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备,该类器件显著的优点是寄生参数小,响应速度快等。
PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种,其中发生雪崩击穿的条件为VB>6Eg/q。
当MOSFET进入饱和区之后,漏电流发生不饱和现象,其中主要的原因有沟道长度调制效应,漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应。
简述
Early电压VA;
答案:
截止频率fT;
答案:截止频率即电流增益下降到1时所对应的频率值。
耗尽层宽度W。
答案:P型材料和N型材料接触后形成PN结,由于存在浓度差,就会产生空间电荷区,而空间电荷区的宽度就称为耗尽层宽度W。
4、雪崩击穿
答案:反偏PN中,载流子从电场中获得能量;获得能量的载流子运动与晶格相碰,使满带电子激出到导带,通过碰撞电离由电离产生的载流子(电子空穴对)及原来的载流子又能通过再碰撞电离,造成载流子倍增效应,当倍增效应足够强的时候,将发生“雪崩”——从而出现大电流,造成PN结击穿,此称为“雪崩击穿”。
5、简述正偏PN结的电流中少子与多子的转换过程。
答案:N型区中的电子,在外加电压的作用下,向边界Xn漂移,越过空间电荷区,在边界Xp形成非平衡少子分布,注入到P区的少子,然后向体内扩散形成电子扩散电流,在扩散过程中电子与对面漂移过来的空穴不断复合,.
6、太阳电池和光电二极管的主要异同点有哪些?
答案:相同点:都是应用光生伏打效应工作的器件。
不同点:a、太阳电池是把太阳能转换成光能的器件,光电二极管的主要作用是探测光信号;
b、太阳电池有漏电流大,结电容较大,线性区和动态范围较窄等。而光电二极管漏电流小,响应速度快,线性好和动态范围宽等优点。
c、二种器件的光谱相应也不相同,太阳电池的光谱相应应与太阳的光谱功率分布相匹配,而光电二极管的光谱相应则应与被探测的辐射的光谱功率分布相匹配。
7、简述肖特基二极管与PN结二极管有何不同?
答案:1, SBD是多子工作的器件(应用于高度开关,影响高频特性);
PN结是少子工作的器件。
2,两者势垒高度相同。在相同的电流条件下,SBD的电压低得多。
3,SBD工作速度比PN结快,因为PN结有存储效应。
4,二者温度效应不同, / ℃。
8、简述J FET与双极型晶体管,二者有何不同?
答案:
双极型三极管场效应三极管
结构 NPN型 N沟道 P沟道 PNP
载流子多子扩散少子漂移多子漂移
输入量电流输入电压输入
控制电流控制电流源电压控制电流源
噪声较大较小
温度特性受温度影响较大较小,可有零温度系数点
输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上
静电影响不受静电影响易受静电影响
集成工艺不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成
分析
对于PNP型BJT工作在正向有源区时载流子的输运情况;
答案:对于PNP型晶体管,其发射区多数载流子空穴向集电区扩散,形成电流IEP,其中一部分空穴与基区的电子复合,形成基极电流的IB的主要部分,集电极接收大部分空穴形成电流ICP,它是IC的主要部分。
热平衡时突变PN结的能带图、电场分布,以及反向偏置后的能带图和相应的I-V特性曲线。
答案:热平衡时突变PN结的能带图、电场分布如下所示,
反向偏置后的能带图和相应的I-V特性曲线如下所示。
3、画出MOS电容的C-V曲线,并说明半导体表面在积累态时\耗尽态\强反型态
以及VG=0时的C-V特性曲线
答案:
1)VG较大的负偏压时,分母第二项趋于零,故C/Co=1
即C=Co,这时C-V不随电压变化-AB段
2)当VG的绝对值较小时,上式分母中第二项较大,不能省略,这时C/Co随/VG/的减小而减小-BC段
3)VG=0,表面势=0,表层电荷不存在,对能量的影响等于零,能量不向上,不向下,称为平带
4)VG↑在耗尽状态时CQ/Co随VG变化情况
VG↑时,C/Co↓,耗尽状态时xd随VG增大而增大,xd越大,则Cs越小,C/Co
随之越小,此时为CD