2022年微电子器件试卷答案

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.....密......封......线......以......内......答......题......无......效...................

电子科技大学二零九至二零一零学年第一学期期末考试

微电子器件课程考试题在卷1120分钟)考试形式：闭卷考试日期2喳_年一二月10

H-

课程成绩构成：寻常10分,期中10分,试验1()分,期末70分

复核

—■二三四五六七八九十合计人签

名

得分

签名

得分

犷―填空题［共30分，每空1分)

1、PN结中P区和N区的掺杂浓度分别为N和N，本征载流子浓度为".，则PN结内建电

ADI

kTNN

V=In4。

势V的表达式bi

biqn2

2、对于单边突变结P+N结，耗尽区主要分布在N区，该区浓度越低，则耗尽区宽度值越方,

内建电场的最大值越小；随着正向偏压的增加，耗尽区宽度值降低,耗尽区内的电场降低,

集中电流提高;为了提高P*N结二极管的雪崩击穿电压，应降低N区的浓度,这将提高反向

饱和电流/。

S

【解析】

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.....密......封......线......以......内......答......题......无......效

X=「max

"亦D

8IEI

Z\EAI£|E1£11£1

X—$max+Fmax=_s__(_____+「_)|E|=^_|E|

N]maxqN()max

"叫夕N“qND

1,£1

V=—15Edx=Q.\X4-x)|E|=.———IE|2

历-x"Pmax2qNmax

NA?°.

2kTNNln(AD)

2qNV•ZDn2i

LiE

1I----------e/V

maxg8+N)

5sAD

qDaDD

+d)

反向饱和电流I=(PP+“n)=2(>

sL"Lp'LNLN

pnpDnA

对于单边突变结，可通过适当降低轻掺杂一侧的掺杂浓度,

使势垒区拉宽来提高雪崩击穿电压。

3、在设计和制造晶体管时，为提高晶体管的电流放大系数，应当增加放射区和基区的掺杂浓

N

度的比值一，降低基区宽度。

N---------

B

1眩DWNTR

【解析】a==[1-（—L）2]（l--L-_丛）=（1-上）（1-，口£）

2LDWNTR

BBEEBOB

4、硅平面工艺中，常承受杂质集中工艺制造PN结。从外表到冶金结面处的距离，称为结深。

由于集中工艺形成的实际集中结，其杂质分布既非突变结，也非线性缓变结，而是余误差分

布或高斯分布。

5、势垒区电容C反映势垒区边缘的电离杂质电荷随外加电压的变化；集中电容c反映的是

,---------------------D

中性区的非平衡载流子电荷随外加电压的变化;变容二极管是使用的势垒电容。

6、PN结反向饱和电流随结温上升而上升。MOSFET导通状态下，饱和输出电流随半导体温

度增加上升而降低，这主要是由于迁移率下降造成的。

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.....密......封......线......以......内......答......题......无......效....

解析：对于同一种半导体材料和一样的掺杂浓度，温度越高，则"越大，反向饱和电流就越

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大在，所以J具有正温度系数。

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7、对于硅材料，P+N+结的主要击穿机理是隧道击穿，P+N-结的主要击穿机理是雪崩击穿。

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其中，雪崩击穿是由于碰撞电离现象所造成的，雪崩击穿的判定条件是满足表达式Iadx=1或

雪崩倍增因子为3。

【解析】包括雪崩作用在内的流出势垒区的总电流与流入势垒区的原始载流子电流之比称为

雪崩倍增因子。用M来表示。

8、双极型晶体管的基区和放射区可以承受不同的半导体材料，使基区材料的禁带宽度小于放射

区的禁带宽度时，将获得更大的注入效率。

9、短沟道MOSFET漏极电流饱和是由于载流子速度饱和,随着沟道长度缩短，阈值电压隆

低。长沟道MOSFET漏极电流饱和是由于沟道夹断。

10、场效应晶体管饱和区的漏源电导在抱负状况下是趋于零的，但实际上由于有效沟道长度

调制效应和漏区静电场对沟道区的反响作用,漏源电导通常略大于零。

11、当MOSFET器件依据恒场法则等比例缩小K倍时，器件的最高工作频率将提高K倍，阈

值电压缩小到1/K,漏极电流缩小到1/K,总的栅电容将缩小到1/K,跨导将不变，功耗延迟

积将缩小到1/K。

问答题（共30分，共5题，每题6分）

1、说明PN结二极管为什么具有整流特性？肖特基势垒二极管和PN结二极管有均具有整流

特性，比较两种器件的异同。

答：Pn结二极管正向电流主要由多子电流，电流随外加电压快速增大；反向电流主要由少子

形成电流，电流随着外加电压变化很小，且电流很小，故具有整流特性。肖特基势垒二极管

是多子（单极）器件，开关速度快，反向泄漏电流大；PN结二极管存在少子存储效应，开关

速度慢，但反向泄漏电流小。

2、什么是厄尔利效应，什么是基区穿通？简述减小厄尔利效应的方法，并说明这些方法对其

他电参数的影响。

答：当V增加时，集电结上的反向偏压增加，集电区势垒区宽度变宽。势垒区的右侧向中性

ce

集电区扩展，左侧向中性基区扩展。这使得中性基区的宽度加减小。基区宽度的减小使基区

B

少子浓度梯度增加，必定导致电流放大系数和集电极电流的增大。这就是基区宽度调变效应

（也称为厄尔利效应）。为减小厄尔利效应，应增大基区宽度W,减小集电结耗尽区在基区

B

内的宽度X，即增大基区掺杂浓度N。。

dBB

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3、在实际工作中，一般是怎样测量双极型晶体管的特征频率f的？

T

答：在实际测量晶体管的特征频率/时，一般并不需要按/的定义使IBI下降到1时的频

TT(0

Rf

率，而是在■的频率范围内测量IPI值，然后利用中1=­和/就可以根

pTcoCDyro[3

据测试频率f和所测得的IPI计算出：

(D

fHP1/

TCO

式中，I%»|〉1而/<7r这样可以降低对测量仪器和信号源的要求。

4、对于长沟道MOSFET,当沟道长度缩短为原来的一半，而其它尺寸，掺杂浓度、偏置条

件等都保持不变时，与原来相比，说明以下参数发生什么变化:阈值电压U、饱和漏极电流/,

TDsat

跨导g和沟道电导R。

mon

答：阈值电压V保持不变，饱和漏极电流/降低50%,沟道电导R增加一倍，跨导9降

TDsatonm

低50%o

5、MOSFET的亚阈区摆幅的定义是什么？为会么期望亚阈区摆幅越小越好？可以实行哪些

措施减小亚阈区摆幅？

答：将亚阈区特性的半对数斜率的倒数称为亚阈栅源电压摆幅，记为So

S是反映MOSFET亚阈区特性的一个重要参数。S的重要意义是，在亚阈区，使I扩大e

DSub

倍所需要的栅源电压U的增量，它代表亚阈区中，对/的掌握力量。S的增加意味着U

GSGSDSubGS

对/的掌握力量减弱，会影响到数字电路的关态噪声容限，模拟电路的功耗、增益、信号

DSub

失真及噪声特性等。衬底掺杂浓度越高，衬底偏压越小，栅氧化层厚度越厚，S越大。

计算题(共40分，共5题，每题8分)

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.....密.....封.....线.....以.......内....答.....题.....无.....效

1.某晶体管的P=60,当/=15MHz时测得|=4,C=\pF,C=nPF,

0coTEDE

C=().2pF,r=50KQ。试求该晶体管的/、f,以及当/=10加A时的本征混合p参数

TC0TPC

g,r,Cr和Co

tnitit,pN

解：

当f<</时，得6=P

。co0

当f=4时，吟吟

当f>>/时，IB1=

P(Df

晶体管的特征频率/=|P\f=60MHz

TCO

当/二10梯时，

c

放射结的高频小信号等效电路的放射结增量电阻r=-，=2-60

。qlql

Ec

di

g=一代表集电极电流受放射结电压变化的影响，称为晶体管的转移电导，或跨导。

-dV

BE

81

_c=_L=0.385S

g，"一dVBEkTI

rr=156。

710e

citDE+CTE=1560

r=Pr=3MQ

HOO

C=reC+C=0.2pF

rDETE

产11o

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学院姓名学号.任课教师一选课号/座位号

密......封.......线.......以.......内.......答.......题.......无.......效

2.某硅突变结的N=1.5x1()15cm-3,N=1.5xlOiscm-3,试问V和V各为多少？当外加电

DAKNPN

压V=0.80V时，p(x)和遮(-X)各为多少？

npP

解：

6qDnqvKNqDn2qv

------------P—L-enr——p—i—ekr

LLN

pPD

gDn咚qDn2』

________n—L62kT=------n—i—ekT

LLN

对于N区，V〉，，为大注入

KN

qv

p(x)=n62kT=7.2x1016cm-3

nni

对于P区，v>v，为大注入

KN

,叱

n(一X)=n