固体电子器件原理期末考试题A卷及答案.doc

固体电子器件原理期末考试题A卷及答案得 分评分人一、能带图 (27分)1. 画出硅pn结零偏、反偏和正偏条件下的能带图，标出有关能量。 (9 分)2. 画出n型衬底上理想的金属-半导体接触（理想金属-半导体接触的含义：金属-半导体界面无界面态，不考虑镜像电荷的作用）的能带图，(a) fm fs, (b) fm fs,fm 时，否则，。从(4.144)式可以看出，对于n沟道MOSFET，沟道方向的尺寸效应使阈电压降低。(2) 窄沟道效应图4.51 沟道宽度方向的窄沟道效应，栅压控制的耗尽区电荷增加在沟道的宽度方向，由于耗尽区的扩展，栅压控制的衬底耗尽区电荷比栅下的矩形区域的电荷多。如图4.51，将W方向的扩展以1/4园柱近似，则电荷密度的平均增加量为 (4.148)即 (4.149)式中是不考虑尺寸效应时栅压所控制的耗尽区电荷密度。由(4.144)式可以看出，窄沟道效应使阈电压增加。5. 向MOSFET沟道区的耗尽层内注入施主或受主杂质，可以调整阈值电压，简述其原理。(3分)要点：向MOSFET沟道区的耗尽层内注入施主或受主杂质，改变了空间电荷区的电荷密度。注入受主，使阈值电压中的-Qd/Cox项增大，阈值电压向正方向移动，注入施主，使阈值电压中的-Qd/Cox项减小（负值增大），阈值电压向负方向移动。6. 简述热电子效应，它对MOSFET的阈值电压有何影响？ (3分)1. 热电子效应 如图4.59(a)所示，有以下几类热电子:图4.59(a) 热电子类型：1 沟道热电子，2 漏区电离热电子，3 衬底热电子图4.59(b) 热电子效应对MOSFET转移特性和阈电压的影响4485 (1) 当沟道电场足够强时，反型层中的一些电子有可能获得足以克服Si-SiO2界面势垒的能量，注入到栅氧化层中。沟道漏端的电场最强，注入主要发生在该区域。 (2) 在漏区附近的耗尽区内，电场很强，由碰撞电离产生的电子空穴对中，具有克服Si-SiO2界面势垒能量的电子也可能注入栅氧化层。(3) 衬底热激发产生的电子，在纵向电场的作用下，也有可能获得足够高的能量，克服Si-SiO2势垒，注入栅氧化层。图4.59(b)给出热电子效应对阈电压和转移特性的影响。可以看出，热电子效应使MOSFET的阈电压增大，跨导降低。在上述三种热电子过程中，注入到栅氧化层中的电子，或成为栅流的一部分，或者陷在氧化层中的陷阱位置上。陷在氧化层中的陷阱位置上的热电子数在器件工作过程中不断增加，对器件的长期稳定性极为不利。后果之一是限制了可使用的最高漏源电压。要克服热电子效应，可从两方面着手：一方面提高栅氧化层质量，减小氧化层中的陷阱密度，使热电子成为栅流而不被氧化层所俘获；另一方面是削弱漏区的电场，把漏pn结做成缓变结，降低局部峰值电场强度等措施。7. 提高MOSFET的漏极电流容量和跨导的措施有哪些？ (4分)要点：提高沟道宽长比，提高沟道载流子迁移率，增大栅极氧化层电容，例如采用高介电常数的介质作栅极介质。得 分评分人三、计算（共38分）( T=300K，真空介电常数: 8.8510-14 F/cm, Si的相对介电常数: 11.7, SiO2的相对介电常数: 3.9)1. 分别计算300K下GaAs和Ge两种pn结的接触电势差Vbi。 pn结的参数是：Nd = 1015 cm-3, Na = 1016 cm-3. (GaAs: ni =2106 cm-3; Ge: ni =2.41013 cm-3). (8 分)对于GaAs，对于Ge2. 突变硅pn结的参数为 Na = 2.251017 cm-3 ，Nd = 1015 cm-3. T = 300 K，计算零偏时的空间电荷区宽度 W。(Si: ni =1.51010 cm-3) (8 分)3. 硅pn结的临界击穿电场可近似为 Ecrit= 4 105 V/cm. 要使pn结的击穿电压大于50V，计算p+n结的n区允许的最高杂质浓度。 (7分) 4. 硅n沟道MOSFET， n+多晶硅栅极， Na= 21016 cm-3, tox = 50 nm, Qox = 21011 cm-2. 计算阈值电压。 (15 分)衬底费米势