《半导体器件物理》复习题2012.doc

半导体器件物理复习思考题 2012.12（一）判断对错：(对的打“ ”，错的打“”)（1）p-n结势垒区中存在有空间电荷和强的电场。（）（2）单边突变的p+-n结的势垒区主要是在掺杂浓度较高的p+型一边。（ ）（3）热平衡、非简并p-n结（同质结）的势垒高度可以超过半导体的禁带宽度。（ ）（4）突变p-n结因为是由均匀掺杂的n型半导体和p型半导体构成的，所以势垒区中的电场分布也是均匀的。（）（5）因为在反向电压下p-n结势垒区中存在有较强的电场，所以通过p-n结的反向电流主要是多数载流子的漂移电流。（ ）（6）p-n结所包含的主要区域是势垒区及其两边的少数载流子扩散区。（）（7）p-n结两边准费米能级之差就等于p-n结上所加电压的大小。（ ）（8）金属与半导体接触一般都形成具有整流特性的Schottky势垒，但如果金属与较高掺杂的半导体接触却可以实现欧姆接触。（）（9）BJT的共基极直流电流增益0，是除去集电极反向饱和电流之外的集电极电流与发射极电流之比。（ ）（10）BJT的特征频率fT决定于发射结的充电时间、载流子渡越中性基区的时间、集电结的充电时间和载流子渡越集电结势垒区的时间。 （）（11）集电极最大允许工作电流ICM是对应于晶体管的最高结温时的集电极电流。（）（12）使BJT由截止状态转换为临界饱和状态，是由于驱动电流IBS = ICS/VCC/RL的作用；而进一步要进入过驱动饱和状态，则还需要人为地在集电极上加正向电压。（）（13）在过驱动饱和状态下工作的BJT，除了需要考虑基区中的少数载流子存储效应以外，还需要考虑集电区中的少数载流子存储效应。 （）（14）异质结双极型晶体管(HBT)，由于采用了宽禁带的发射区，使得注射效率与发射结两边的掺杂浓度关系不大，所以即使基区掺杂浓度较高，也可以获得很高的放大系数和很高的特征频率。 （ ）（15）对于耗尽型的长沟道场效应晶体管，在栅极电压一定时，提高源-漏电压总可以使沟道夹断。 （ ）（16）当耗尽型场效应晶体管的沟道被夹断以后，沟道就不能够再通过电流了，漏极电流将变为0。 （ ）（17）对于场效应晶体管，缓变沟道近似就是把栅极电压产生的电场的作用和源-漏电压产生的电场的作用分开来考虑，这种近似只适用于长沟道晶体管，对短沟道晶体管并不适用。（）（18）场效应晶体管沟道区域的掺杂浓度越大，器件的阈值电压就越高。 （ ）（19）对于MOSFET，当出现沟道以后，栅极电压再增高，半导体表面以内的耗尽层的厚度就不再增大了。 （ ）（20）增强型MOSFET是在不加栅极电压时存在有沟道、能够导电的一种场效应晶体管；耗尽型MOSFET是在不加栅极电压时无沟道、不导电的一种场效应晶体管。（ ）（21）MOSFET的亚阈值斜率(摆幅)S值的大小反映了MOSFET在亚阈区的开关性能，要求越小越好。 （ ）（22）短沟道MOSFET的阈值电压，由于电荷“共享”的缘故，将有所降低。（ ）（23）窄沟道MOSFET的阈值电压将有所升高，原因是栅极的“边缘场”、或者实际上是场区表面掺杂所造成的。 （ ）（24）MOSFET沟道中的热电子主要是出现在漏极一端，它对于小尺寸MOSFET以及MOS-VLSI的性能退化或者失效的影响不大。 （ ）（25）MOSFET的击穿机理有漏结雪崩击穿、S-D穿通和沟道雪崩击穿三种；而短沟道MOSFET的击穿主要是沟道雪崩击穿和S-D穿通。 （ ）（26）MOS-数字VLSI中器件的小型化要求，实际上就是要减小源和漏的结深、减薄栅氧化层厚度以及降低电源电压或提高衬底的掺杂浓度。 （）（27）CMOS具有输出电压摆幅大(无阈值损失)、噪声容限大、静态功耗低等优点，很适宜于大规模集成。 （ ）（28）对于SOI衬底的MOS-VLSI，一般是采用薄半导体膜的耗尽型MOSFET，因为它具有优异的短沟特性和近似理想的亚阈斜率等优点。 （）（二）填空：（1）提高半导体的掺杂浓度，p-n结的势垒高度将会增大，p-n结的势垒厚度将会；如果重掺杂，使半导体达到高度简并时，p-n结的势垒高度将会减小。 （增大；减小；不变）（2）当环境温度升高时，p-n结的势垒高度将会减小，p-n结的势垒厚度将会减小，p-n结的正向压降将会减小。 （增大；减小；不变）（3）半导体耗尽层就是其中不存在有任何载流子的区域。（任何载流子；任何电荷；任何载流子和任何电荷）（4）线性缓变p-n结的雪崩击穿电压要高于突变p-n结的击穿电压。（高于；低于；等于）（5）同时表征少数载流子的寿命长短和扩散快慢的一个重要参量是扩散长度。 （迁移率；扩散系数；扩散长度）（6）决定通过p-n结电流大小的主要因素是少数载流子扩散的浓度梯度。 （少数载流子扩散的浓度梯度；多数载流子的浓度；载流子的漂移速度；势垒区中的电场）；限制p-n结电流大小的主要区域是势垒区两边的中性扩散区。 （存在有电场的势垒区；势垒区两边的中性扩散区；势垒区和扩散区以外的中性区）（7）通过p+-n结的电子电流小于空穴电流。 （大于；小于；等于）（8）对于Si的p-n结，其反向电流主要是势垒区中复合中心的产生电流。 （在扩散区的少数载流子扩散电流；势垒区中复合中心的产生电流；势垒区中的漂移电流） 温度升高时，Si p-n结的反向电流将指数增加。 （线性增加；指数增加；快速下降；不变）（9）p-n结在正向电压下呈现出的电容，有势垒电容和扩散电容。（势垒电容；扩散电容；势垒电容和扩散电容）（10）由金属-半导体接触构成的Schottky二极管，是多数载流子器件。（少数载流子器件；多数载流子器件） 与p-n结二极管相比，Schottky二极管具有较低的正向电压。 （较高；较低；相等）（11）对于放大状态的n+-p-n晶体管，通过基极的电流分量包括有在基区复合的电子电流，在发射区注入空穴的扩散电流，在基区抽取的电子的扩散电流，发射结势垒区中复合中心的电流。（12）BJT的ICEO要比ICBO约大0倍。 （0；0）（13）BJT的发射极电流集边效应是由于基区扩展电阻而产生的。（发射极串联电阻；基区扩展电阻；基区展宽效应；基区电导调制效应）（14）Early效应是由集电结电压变化所引起的，其基本涵义是；Kirk效应是由大的发射极电流所引起的，其基本的涵义是 。（发射结电压变化；集电结电压变化；高的集电结电压；大的发射极电流；大的基极电流）（15）BJT的集电结与单独的p-n结相比（在可类比的情况下），它通过的电流要大，其击穿电压要低。 （大；小；高；低）（16）影响双极型晶体管耗散功率的主要因素是热阻。（基极电阻；击穿电压；集电极最大允许工作电流；热阻）（17）BJT的开关时间一般主要决定于基区和集电区中过量存储电荷消失的时间。（发射结的充放电时间；基区和集电区中过量存储电荷消失的时间；集电结的充放电时间）（18）与双极型晶体管不同，场效应晶体管是电压控制器件（电压控制；电流控制），是多数载流子器件（多数；少数）。（19）MOSFET的阈值电压基本上包含有栅氧化层上的电压，使半导体表面产生强反型层所需要的电压，平带电压包含金属-半导体的功函数差和SiO2/Si系统内部和界面的电荷几个部分的电压。（20）MOSFET的阈值电压随着温度的升高将下降（下降；增大；不变）。（21）对于长沟道场效应晶体管，其电流饱和的机理是沟道夹断；而对于短沟道沟道场效应晶体管，其电流饱和的机理是速度饱和。 （沟道夹断；速度饱和；迁移率下降）（22）场效应晶体管的跨导gm是反映栅极电压变化引起源-漏电流变化的大小（栅极电压变化引起源-漏电流变化的大小；源-漏电压变化引起源-漏电流变化的大小），它表征着场效应晶体管的放大性能（输出电阻；输入电阻；放大性能）。（23）对于场效应晶体管，其饱和区的跨导要大于线性区的跨导（大于；小于；等于），并且饱和区的跨导等于线性区的漏电导（饱和区的漏电导；线性区的漏电导；衬底的跨导）。（24）场效应晶体管的特征频率(截止频率) fT 是根据输出交流电流等于输入交流电流来确定的（输出交流电流等于输入交流电流；输出阻抗等于输入阻抗；输出电压等于输入电压）；短沟道MOSFET的fT，往往决定于栅极回路时间常数，它与沟道长度之间具有平方反比关系（正比；反比；无关；平方反比）。（25）MOSFET表面沟道中载流子的迁移率要低于埋沟中载流子的迁移率（高于；低于；等于），并且在室温下迁移率随着温度的升高将下降（下降；增大；不变）。（26）MOSFET源-漏之间所能加的最高电压（击穿电压）决定于漏结的击穿电压和源-漏穿通电压。 （源结的击穿电压；漏结的击穿电压；栅氧化层的耐压；源-漏穿通电压）。（27）MOSFET的亚阈状态是不出现沟道的一种工作模式（出现；不出现）；亚阈电流与栅极电压之间有指数关系（有指数；有线性；没有）。（28）限制着小尺寸MOSFET进一步缩小尺寸的DIBL效应，将使得漏极电流增大，和使得阈值电压减小。（增大；减小；不变）（29）小尺寸MOSFET的LDD（轻掺杂漏区）结构，其主要特点是可防止热电子效应。 （短沟道效应；热电子效应；源-漏穿通效应）（30）浮置栅雪崩注入MOS（FAMOS）器件和叠栅雪崩注入MOS（SAMOS）器件都是利用沟道雪崩注入效应来工作的一种存贮器件。（雪崩击穿效应；沟道雪崩注入效应；载流子速度饱和效应）（31）双极型集成电路中器件的缩小规则适宜于采用恒定电压(CV)缩小规则,而MOS-VLSI数字集成电路中器件的缩小规则适宜于采用恒定亚阈特性缩小规则。 （恒定电场(CE)缩小规则；恒定电压(CV)缩小规则；恒定亚阈特性缩小规则）（32）对于CMOS-E/E静态反向器，最低电平是地电位，最高电平是电源电压。 （电源电压；地电位；电源电压减去阈值电压；电源电压减去栅-源电压）（33）CMOS反向器的逻辑阈值电压一般选取为电源电压的一半（电源电压；电源电压的一半；驱动管的阈值电压）；在这时驱动管和负载管都处于饱和状态状态（截止状态；饱和状态；放大状态）。（34）对于CMOS，采用SOI衬底的最大好处之一是可有效地消除“自锁”效应。 （可有效地消除“自锁”效应；可防止热电子效应；可提高击穿电压）（35）对于VLSI中的小尺寸MOSFET，其沟道区域一般都需要进行掺杂，它的目的主要是防止源-漏穿通和控制阈值电压。 （消除热电子效应；防止源-漏穿通；控制阈值电压；减弱短沟道效应）（36）实际短沟道MOSFET的输出伏安特性曲线，在饱和区的电流并不饱和，其主要原因是DIBL效应和沟道长度调制效应。 （DIBL效应；沟道长度调制效应；速度饱和效应：热载流子效应）（三） 复习思考题：1.空间电荷区是怎样形成的。画出零偏与反偏状态下pn结的能带图。2.为什么反偏状态下的pn结存在电容？为什么随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降？3.什么是单边突变结？为什么pn结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？4.对于突变p+-n结，分别示意地画出其中的电场分布曲线和能带图：热平衡状态时；加有正向电压时；加有反向电压时。5.画出正偏时pn结的稳态少子浓度分布图。6.画出正偏pn结二极管的电子和空穴电流图。7.解释pn结二极管扩散电容形成的机制；解释产生电流和复合电流的形成机制。8.什么是存储时间？9.为什么随着掺杂浓度的增大，击穿电压反而下降？10.画出有偏压时理想金属半导体结的能带图，在图上标出肖特基势垒。11.比较肖特基二极管和pn结二极管正偏时的I-V特性。12.什么是异质结？13. 对于n+pn晶体管（基区宽度少数载流子扩散长度），分别示意画出其中各个区域中的少数载流子浓度的分布曲线：正向放大工作状态；截止状态；临界饱和状态；深饱和状态。14共基极电流增益的三个限制因素（发射极注入效率系数、基区输运系数和复合系数）的定义和对共基极电流增益的影响。15.什么是基区宽度调制效应？该效应的另一个称呼是什么？16.什么是大注入效应？17.晶体管的截止频率是如何定义的？限制双极型晶体管的频率响应的延时因素有那些？18.大致绘出p沟道pnJFET的截面图，标明器件工作时的电压极性。19.定性阐述n沟道耗尽型pnJFET的基本工作原理。20.分别绘出工作在堆积