6012微电子器件与电路期末考试开卷.pdf

1 / 12 姓名姓名： 麻省理工学院 电气工程与计算机系 6.012 微电子器件与电路 6.012 微电子器件与电路 期末考试 开卷 注意: 1. 除非特殊说明,假设室温下对于Si来说KT/q的值为0.025 V, KT/q ln10=60 mV, ni=10 10cm-3、q=1.6 x 10-19 Coul。 2. 考试的大部份题目都能够独立解决。 3. 所有的答案必须写在卷子上。上交任何其他的答案纸将不计入成绩。 4. 可以取合理的近似值和假设。说明且证明这些假定和近似是合理的。 5. 检查试卷共十二(12)页，确定在试卷顶部空白位置写上你的名字。 6. 可以从2002年1月7日开始在13-3058房间看到期末考试成绩。 教师评分用 第一题- （30%） 第二题- （25%） 第三题- （20%） 第四题- （25%） 总分 总分 2/12 第一题（30 分）三个独立的小问题 第一题（30 分）三个独立的小问题 a) 一个独立的10 17cm-3-3N-型Si样品，1600 cm2/V-s的电子迁移率，600 cm2/V-s的空穴迁移率， 少数载流子寿命只有10 -5s，在光照射下，它的表面均一的产生G L电子空穴对/cm 3-s，过剩 空穴数为10 18 cm-3。 i）室温下热平衡状态下载流子浓度no 和 po分别是多少？ no =_ po=_ ii）被照射样品的电导率是多少？ =_ iii）n 和 p与 GL的关系（近似）并解释。 是因为 b) 这个小问题涉及到的MOS电容器结构在下面有插图说明。在这个电容器中，n+-Si作为金 属门电极。氧化物的厚度是50 nm (5 x 10 -6cm) 电介质常数是3.3x10-13F/cm. Si的电介质 常数是10 -12 F/cm ，室温下 ni= 10 10cm-3。 i）本结构中平带电压VFB是多少？ VFB =_ 第一题在下页继续 第一题在下页继续 3/12 继续第一题 继续第一题 ii）在阈值情况下（也就是p-Si表面在x=0时是反型层开始），静电电压变化是多少，穿越 p-型Si的耗尽区有多宽？ =_ xDp =_ iii)在与ii) 相同的情况下，在n +-Si中，耗尽区宽度和静电势变化分别是多少？ xDn+ (在n +-Si时)=_ (在n +-Si时)=_ c）考虑下面给出的电路。在中频带电路起相当于分压器的作用。 i）在这个电路中，中频带电压增益Av = vout/va是多少？ Av =_ ii）这个电路中,LO 是多少？ LO =_ iii）估计这个电路的HI 第一题结束 第一题结束 4/12 第二题（25分） 第二题（25分） 在一个集成电路中，当需要一个二极管时可以用一个晶体管通过适当连接来代替，三极管 发挥着二极管的作用。毕竟晶体管包含2个p-n结，所以作二极管用时npn晶体管至少有五种连接 的方式，下面的是其中的三幅图： 为做出这道题，假设题目中npn双极型晶体管的基区掺杂为集电区的4倍，为发射区的1/4 ， 基区宽度与集电区宽度相同，是集电区的1/2，电子迁移率是空穴迁移率的2倍，也就是： a) i）这些二极管连接中的哪个在反向偏置为1V是具有最大的小的信号耗尽层电容，为什 么？可以多选。 a（ ） b（ ） c（ ） 所有的都相同（ ） 因为： ii）在这三个二极管连接中的哪个在偏置电流ID =1 mA的时，具有最大的小信号电导，为什么？ 可以多选。 a（ ） b（ ） c（ ） 所有的都相同（ ） 因为 第二题在下页继续 第二题在下页继续 5/12 继续第二题 继续第二题 b) i）当二极管加上一个正向偏置VAB=0.6V时，在下面提供的轴上，分别画出三中连接a,b,c 情况下的过剩电荷数与发射区和集电区位置的函数曲线。所有图均采用相同的刻度。 ii)正向偏置为0.6V时，a,b,c三中连接中，哪个的小信号扩散电容值最小，为什么？ a( ) b( ) c( ) 三个相同（ ） 因为： 问题2下一页继续 问题2下一页继续 6/12 问题2继续 问题2继续 c) 对下面的双极型晶体管，采用c连接方式时，用Ebers-Moll模型说明iD 与VAB关系可以表述为： 同时用Ebers-Moll模型参数，推出c连接方式时的IDS的表达式。 IDS=_ 第二题结束 第二题结束 7/12 第三题（20分） 第三题（20分） 如下边的符号所述，一个SATFET是一个有三个端子（门极，源极和漏极）的场效应晶体管， 它分为n-通道和p-通道两种。 一个SATFET和MOSFET相似，但是它们的端子特性有些不同。n-通道或p-通道的SATFETsA的 静态特性如下： n-通道： iG=0 在所有的条件下： p-通道： ig=0 在所有的条件下： 这里 在0VDSVT 并且VDSVSat 时的gi, gm ,go的表达式。用近似静态电流的形式写出你的表达式 。 i) 输入电导，gi ： gi=_ ii) 跨导，gm : gm=_ 问题三在下一页中继续 问题三在下一页中继续 9/12 问题三继续 问题三继续 iii) 输出电导，go: go=_ c) 这个问题涉及到开路时中频带的SATFET的电压增益， AVOC， 以及它是怎样由偏置电流所决 定的。 i) 推导SATFET的小信号中频电压增益AVOC与漏极电流的函数关系。 ii) 用不多于 25 个单词来比较一下 MOSFET 和 BJT 的特点。 问题 3 结束 问题 3 结束 10/12 问题 4-（25 分）问题 4-（25 分） 下面的图中在一个微分放大器中使用了三个相同的 n 沟道 MOSFET 和两个相同的 pnp 型 BJT。在微分放大器的每边都是一个共基极放大电路，电子管的参数特性在下面的电路 中列出来了。 特性：n沟道MOSFET： npn 型 BJT :=100,VBE0.6V, |Va|=100V. a) 当两个输入为 0 时（VIN1=VIN2=0）决定静态电流和电压。指定单位： i) ID3(=ID4) ID3= ii) VOUT1(=VOUT2) VOUT1= iii) Vc Vc= 问题 4 在下页继续 问题 4 在下页继续 11/12 问题 4 继续 问题 4 继续 iv) VCE1(=VCE2) VCE1= v) VDS3(=VDS4) VDS3= b) 在下面的空白处画出这个微分放大器的两个中频带线性等效半电路模型，一个是 共模输入，另一个是差模输入。标注电路中的所有元件。 i) 共模输入 LEHC： ii) 差模输入 LEHC： c) 分别推导这个微分放大器的共模和差模电压增益， AVC和 AVD。在供你写答案的空 白处对 AVC和 AVD的定义进行简要的说明。Q1，Q2，Q3，Q4 的输出电导对计算的 影响不大，在这些推导中可以忽略。 i) 共模电压增益，AVC=voc/v