微电子器件与电路课后习题.pdf

微 电 子 器 件 与 电 路 课 后 习 题 华侨大学电子工程系 IC 设计中心 2010 微电子器件与电路习题（1） 微电子器件与电路习题（1） 微电子器件与电路习题（1） 半导体器件基础部分 半导体器件基础部分 习题所需的可能用到的物理参数如下： 电子电荷 19 1.6 10qC = 华侨大学电子工程系 IC 设计中心 Mail To : hww V K m 波尔兹曼常数 5 8.62 10/ke = 300K 时的热电压 /0.026 T VkT qV= 本征载流子浓度 103 10 i nc = 介电常数 12 1.0 10/ si F cm = 2 12 0.35 10/ siO F cm = MOS 阈值电压 T V T-NMOST-PMOS V=0.7V V=0.8V 300K 下载流子迁移率 作业提交时间：2010 年 04 月 14 日（周三） 微电子器件与电路习题（1） 半导体物理部分 1.假设有 1 块长为10 m横截面积为 2 1 1 m的硅材料，掺有 183 10 cm的砷。如同所示假设 有 1V 的电压加载在材料上。 判断半导体类型，并求出多子和少子的浓度密度。 1V 10 1 1 i S 材料 1图 估算半导体材料的电阻大小。 定性分析在该半导体材料中掺入 183 2 10 cm的硼时该材料的电阻将会发生如何变化，并 简要作出解释。 PN 结部分 2.假设 pn 结的结构和电场分布如下图所示（假设 T=300K） D V ( )/E x V cm 202 xm 4 3.2 10 2图 153 N10 A cm= 173 N10 D cm= x 计算 pn 结的内建电势差 外加偏置电压是多少？此时二极管处于正偏还是反偏？ 3.在某种工艺中采用两种不同的 N+扩散和 P-扩散相结合来制造齐纳二极管（隧道二极管） ， 其中一种二极管的击穿电压为 7V，一种击穿电压为 10V。分析可能引起击穿电压差别的原因 是什么？ 双极管部分 华侨大学电子工程系 IC 设计中心 Mail To : hww 微电子器件与电路习题（1） 4.画出集成双极晶体管（NPN 或 PNP）的纵向剖面图，并说明其工作原理。 MOSFET 部分 5.假设 W/L=50/0.5，假设 DS V=3V，当 GS V从 0 上升到 3V 时，画出 NMOS 和 PMOS 的漏 电流随变化曲线（需标注出关键点，下同） 。 GS V （假设） 22 np Cox=50A/V Cox=20A/V 6. 对图3的每个电路，画出IX关于VX的函数曲线。VX从0变化到VDD。 +1.9V x V1V x I (b) 1V +1.9V x V x I 1 M 1 M (d) 3图 7 对图4的每个电路，画出IX关于VX的函数曲线。VX从0变化到VDD。 x V 1 M 1 R 2 R VDD x V 1 M 1 R 2 R VDD x I x I (a) (b) 图4 8. 假 设 工 艺 的 氧 化 层 厚 度 tox=9.5nm 。 已 知 粒 子 迁 移 率 为及 。制造一个尺寸均为 2 540/() n cmV s=i 2 220/() p cmV s=iW=12m L=12m的 NMOS 和 PMOS。栅源电 压3.3 GS V=V，VDD=3.3V。 求两个 MOSFET 管的线性电阻 np RR和 假设保持 NMOS 的尺寸不变，增加 pMOS 的宽度，使得 n RRp=，求所要求的 PMOS 的宽度。 华侨大学电子工程系 IC 设计中心 Mail To : hww 微电子器件与电路习题（1） 9.有个互连线分布在一个厚度为10 000的绝缘氧化层上， 线宽5um,线长200um,线高0.1um, 已知电阻率为 A ? 25 cm= p衬底 2 SiO 互连线 计算互连线的电阻 求线电容，计算结果用 fF 表示（ 15 110fFF =） 求该线的时间常数，单位使用 ps 表示（） 12 110pss= 器件电路综合部分 10.由于制造上的困难，最初几代的 MOS 工艺仅提供 NMOS 器件，早期许多处理器和模拟电路 都是用 NMOS 工艺制造，但是功耗很大。尽管 CMOS 器件需要大量的掩膜板和制造工序，CMOS 逻辑的零静态功耗仍然促使了 CMOS 技术的到来。然而在 CMOS 电路中会产生一个严重的问题 就是闩锁效应。 闩锁是指 CMOS 中在电源 VDD 和地线之间由于寄生 PNP 和 NPN 双极晶体管 BJT 相互影响 产生的一低阻抗通路，它的存在会使 VDD 和 GND 之间产生大电流。 通过上图反相