半导体器件物理 试卷及答案 试卷一

微电子技术专业适用

《半导体器件物理》模拟试卷一(参考答案)

题号—=四五六总分

得分

阅卷人

njr*

料

得分阅卷人

邹

一、判断题：(每题1分，共10分)

1.(V)半导体晶体材料的掺杂浓度越高，其载流子的迁移率u越低。

2.(X)N型半导体材料的费米能级高于禁带中心日，其费米能级越接

近于导带底则表示其掺杂浓度越低。

：

N3.(X)当PN结发生雪崩击穿以后，该PN结就彻底烧毁了。

载:

44.(J)PN结空间电荷区的形成是由于我流子的扩散与漂移运动达到

平衡所致，这时对应PN结两侧交界处存在一个接触电势差

5.(X)MOS结构的阈值电压VT对应的是半导体表面发生耗尽时的栅

压。

6.(X)金属与半导体直接接触有可能形成欧姆接触或肖特基接触，其

中具有整流特性的接触叫做欧姆接触。

7.(V)双极型晶体管属于电流控制型器件，在传导电流的过程中，多

子与少子同时参与导电。

忠8.(V)双扩散缓变基区晶体管因基区存在漂移电场，故其频率特性较

好，•般具有较高的特征频率人。

9.(V)nMOS晶体管导通的时候，其线性区导通电阻R.n=。

£K\VGSVT/

10.(J)MOS管的跨导可以用来表征栅电压控制输出电流变化的灵敏

度。

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二、选择题：（每题2分，共10分）

1.Si单晶体的结构属于（A）结构。

A.金刚石B.闪锌矿C.面心立方D.体心立方

2.不会影响半导体本征载流子浓度々的因素是（C）o

A.温度B.半导体的类型C.掺杂情况D.禁带宽度纥

3.由于大电流工作条件而引起晶体管中产生的效应不包括（B）

A.基区电导调制效应B.基区宽度调变效应

C.发射极电流集边效应D.有效基区扩展效应

4.以下关于PN结电容说法正确的是（C）。/

A.正向偏压增大时，势垒电容C?.减小；________-DS

B.正向偏压增大时，扩散电容金减小；7VGS

C.反向偏压增大时，势垒电容C,减小；/

D.势垒电容G•是一种固定电容。/

5.图1中所示的MOS管类型是（B）o/

A.N沟增强型B.P沟增强型

C.P沟耗尽型D.N沟耗尽型图1

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三、填空题：（每空1分，共20分）

1.由于半导体晶体特殊的晶格结构，它们的导电性能受三个因素的影响

较大，它们分别是光照、掺杂、温度。

2.半导体晶体材料中的载流子的运动方式有扩散运动、漂移运动。

3.缩短材料的少子寿命，可以提高PN结二极管的开关速度，向半

导体中掺金（Au）,也可以提高PN结二极管的开关速度。

4.PN结空间电荷区的宽度主要向低浓度掺杂的一侧扩展。

5.Si-SiCh系统中主要包括的4种电荷与能态：可动电荷、固定电荷、

电离陷阱、表面态，一般认为在SiO?栅介质中，它们表现为工电

荷的形式。

6.NPN型晶体管为了获得良好的电流放大性能，一般要求发射区的掺杂

浓度高于集电区的浓度,同时满足仅

7.双极型晶体管工作在饱和区时，发射结正偏，集电正偏.

8.以P-Si为衬底的理想MOS结构，当栅压VG>VT时，半导体表面处于

强反型状态，此时表面空间电荷区中的电荷主要有电子与受主负离子。

9.双极型晶体管处于放大状态时，内部载流子的传输过程可表述为：发

射区发射载流子,经过基区输运，集电区收集载流子。

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叩

壮

会四、名词解释：（每题2分，共10分）

：1、本征激发

；半导体材料处于一定的温度下，位于价带顶部附近的电子获得足够的

：能量，直接激发到导带的过程，该过程能产生一对电子-空穴对，称为本

•征激发。

0：2、少子寿命了

教；

9少数载流子的平均生存时间，一般简称为少子寿命，常用「表示。

3、PN结势垒电容C,

当PN结外加偏压发生变化时，对应PN结空间电荷区的正负电荷便

跟着相应地发生改变，这时对应的电容就称为势垒电容，通常用CT表示。

4、功函数W

当位于金属或半导体材料费米能级EF处的电子，激发到真空中时,

外界需要提供的能量，就称为这种材料的功函数，一般用卬表示。

5、方块电阻Ro

厚度为Xj的正方形导电薄片材料，当电流I从侧面流入时，所呈现出

的电阻，称为方块电阻。

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五、简答题：（每题10分，共30分）

I.以Si晶体为例，简述N型半导体的形成过程,（10分）

当Si晶体中掺入五族（主族）元素，例如磷、碑元素的时候，这些

元素的原子最外层有5个价电子，而Si原子只有4个价电子，因此，当

磷原子取代一个Si原子时，它的其中4个价电子与Si原子的4个价电

子形成共价键，而余下的一个电子很容易挣脱磷原子而在晶体中自由运

动并参与导电，从而形成N型半导体。

2.阐述nMOS晶体管的工作原理，并画出其输出伏安特性曲线。（6+4

分）

当nMOS晶体管栅极施加的电压

VGSEVT时，就形成了导电沟道。

这时，当施加漏极电压VDS时，

就形成了漏极电流IDO

3.如图2所示为一双极型晶体管的输出伏安特性曲线，试求:

（1）当VCE=15V,IB=100UA时，po=?（6分）

根据。0的定义，有

12八-IZOHA

-=fz倍

o-J-=1\

s

lU-8OpA

o

m

o

j

s

p

l

♦b-40pA

二

AW-2OHA

（2）在图上标出饱和区。（4分）

10|203040

dOLL£CTOR-««TTeRVOLTAGC

图2

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六、计算题：（共20分）

1.有一支NPN双极型晶体管的共发射极直流电流放大系数伙）=100,其

共发射极截止频率加为10MHz,则当/-加时，该管的共发射极交流电流

放大系数夕为多少？该晶体管的特征频率外二？MHz（2分+2分）

提示：①P=，②特征频率fT-P,f

答案：

（1）左70.7

:(2)/r=710MHz

Z:

会:

2.有一硅P+N结的N区掺杂浓度为试求：当其施加的正

向偏压为0.7V时，流过该PN结的正向电流/八其中已知：（5分）

22I（）

Dp=13cm/s,Lp=2x10一%%,A=0.01c/n,=1.5x10/cm',

疑q=1.6xlO-NC

忠提示：

1F=AC「%o.P”o=〃；'%O=ND，—=0.026V

q

答案：

ZF=0.1I5A

3.有一nMOS型晶体管，已知：VT=1.0V,^=10-5cm,当VGS=5V,

VDS=9V时，MOS管的跨导gm=l()-3s,试求：(2分+2分+2分)

(1)试判断该MOS型晶体管的工作状态；

(2)计算该MOS型晶体管的沟道宽长比(W/L)=?

(3)求该MOS型晶体管此时的漏极电流力s二？