半導體器件物理試卷及答案2套

1、半導體器件物理試卷（一） 一、填空（共32分，每空2分）1、pn結電容可分為 和 兩種，它們之間的主要區(qū)別 。2、當mosfet器件尺寸縮小時會對其閾值電壓vt產生影響，具體地，對于短溝道器件對vt的影響為 ，對于窄溝道器件對vt的影響為 。3、在npn型bjt中其集電極電流ic受 電壓控制，其基極電流ib受 電壓控制。4、硅-絕緣體soi器件可用標準的mos工藝制備，該類器件顯著的優(yōu)點是 。5、pn結擊穿的機制主要有 等幾種，其中發(fā)生雪崩擊穿的條件為 。6、當mosfet進入飽和區(qū)之后，漏電流發(fā)生不飽和現象，其中主要的原因有 ， 和 。二、簡述（共18分，每小題6分）1、early電壓va。

2、2、截止頻率f t。3、耗盡層寬度w。三、分析（共20分，每小題10分）1、對于pnp型bjt工作在正向有源區(qū)時載流子的輸運情況；2、熱平衡時突變pn結的能帶圖、電場分布，以及反向偏置后的能帶圖和相應的i-v特性曲線。（每個圖2分）四、計算推導（共30分，每小題15分）1、mosfet工作在非飽和區(qū)時的sah方程推導，并求解跨導gm和溝道電導gd，說明提高gm的具體措施；（每步2分，電導計算4分，措施3分）2、在npn雙極型晶體管正向有源區(qū)工作時，試求該器件正向電流增益，并說明提高的幾種途徑。其中，。（計算推導9分，措施6分 ） 半導體器件物理試卷（二）一、填空（共24分，每空2分） 1、pn

3、結電擊穿的產生機構兩種；2、雙極型晶體管中重摻雜發(fā)射區(qū)目的；3、晶體管特征頻率定義；4、p溝道耗盡型mosfet閾值電壓符號；5、mos管飽和區(qū)漏極電流不飽和原因；6、bvceo含義；7、mosfet短溝道效應種類；8、擴散電容與過渡區(qū)電容區(qū)別。二、簡述（共20分，每小題5分）1、內建電場；2、發(fā)射極電流集邊效應； 3、mosfet本征電容；4、截止頻率。三、論述（共24分，每小題8分）1、如何提高晶體管的開關速度？2、bjt共基極與共射極輸出特性曲線的比較。3、改善晶體管頻率特性的主要措施。四、計算（共32分）1、試推導非飽和區(qū)mosfet的sah方程；（此小題10分）2、長二極管i-v方程

4、的推導計算；（此小題10分）3、mosfet的閾值電壓vt的計算。（此小題12分）半導體器件物理試卷（一）標準答案及評分細則一、 填空（共32分，每空2分） 1、pn結電容可分為擴散電容和過渡區(qū)電容兩種，它們之間的主要區(qū)別在于擴散電容產生于過渡區(qū)外的一個擴散長 度范圍內，其機理為少子的充放電，而過渡區(qū)電容產生于空間電荷區(qū)，其機理為多子的注入和耗盡。2、當mosfet器件尺寸縮小時會對其閾值電壓vt產生影響，具體地，對于短溝道器件對vt的影響為下降，對于窄溝道器件對vt的影響為上升。3、在npn型bjt中其集電極電流ic受vbe電壓控制，其基極電流ib受vbe 電壓控制。 4、硅-絕緣體soi器

5、件可用標準的mos工藝制備，該類器件顯著的優(yōu)點是寄生參數小，響應速度快等。 5、pn結擊穿的機制主要有雪崩擊穿、齊納擊穿、熱擊穿等等幾種，其中發(fā)生雪崩擊穿的條件為vb6eg/q。 6、當mosfet進入飽和區(qū)之后，漏電流發(fā)生不飽和現象，其中主要的原因有溝道長度調制效應，漏溝靜電反饋效應和空間電荷限制效應。 二、簡述（共18分，每小題6分）1、early電壓va。2、截止頻率f t。答案：截止頻率即電流增益下降到1時所對應的頻率值。3、耗盡層寬度w。答案：p型材料和n型材料接觸后形成pn結，由于存在濃度差，就會產生空間電荷區(qū)，而空間電荷區(qū)的寬度就稱為耗盡層寬度w。三、分析（共20分，每小題10分

6、）1、對于pnp型bjt工作在正向有源區(qū)時載流子的輸運情況；答案：對于pnp型晶體管,其發(fā)射區(qū)多數載流子空穴向集電區(qū)擴散,形成電流iep，其中一部分空穴與基區(qū)的電子復合，形成基極電流的ib的主要部分，集電極接收大部分空穴形成電流icp，它是ic的主要部分。2、熱平衡時突變pn結的能帶圖、電場分布，以及反向偏置后的能帶圖和相應的i-v特性曲線。（每個圖2分）答案：熱平衡時突變pn結的能帶圖、電場分布如下所示：反向偏置后的能帶圖和相應的i-v特性曲線如下所示：四、計算推導（共30分，每小題15分）1、mosfet工作在非飽和區(qū)時的sah方程推導，并求解跨導gm和溝道電導gd，說明提高gm的具體措施

7、；（每步2分，電導計算4分，措施3分）提高gm的具體措施有：（1）增大載流子遷移率，選用體內遷移率高的材料；（2）減小柵氧化層厚度，制作高質量的盡可能薄的柵氧化層；（3）增大器件的寬長比；（4）減小器件的串聯(lián)電阻。2、在npn雙極型晶體管正向有源區(qū)工作時，試求該器件正向電流增益，并說明提高的幾種途徑。其中，。（計算推導9分，措施6分 ）答案：經推導計算可得，提高的措施有：（1）增大發(fā)射區(qū)/基區(qū)濃度比，即發(fā)射區(qū)采取重摻雜；（2）增大基區(qū)少數載流子的擴散系數，即選用npn型器件；（3）增大發(fā)射區(qū)/基區(qū)厚度比，即減薄基區(qū)的厚度半導體器件物理試卷（二）標準答案及評分細則 一、填空（共24分，每空2分）

8、 1、pn結電擊穿的產生機構兩種；答案：雪崩擊穿、隧道擊穿或齊納擊穿。2、雙極型晶體管中重摻雜發(fā)射區(qū)目的；答案：發(fā)射區(qū)重摻雜會導致禁帶變窄及俄歇復合，這將影響電流傳輸，目的為提高發(fā)射效率，以獲取高的電流增益。3、晶體管特征頻率定義；答案：隨著工作頻率f的上升，晶體管共射極電流放大系數下降為時所對應的頻率，稱作特征頻率。4、p溝道耗盡型mosfet閾值電壓符號；答案：；5、mos管飽和區(qū)漏極電流不飽和原因；答案：溝道長度調制效應和漏溝靜電反饋效應。6、bvceo含義；答案：基極開路時發(fā)射極與集電極之間的擊穿電壓。7、mosfet短溝道效應種類；答案：短窄溝道效應、遷移率調制效應、漏場感應勢壘下降

9、效應。8、擴散電容與過渡區(qū)電容區(qū)別。答案：擴散電容產生于過渡區(qū)外的一個擴散長度范圍內，其機理為少子的充放電，而過渡區(qū)電容產生于空間電荷區(qū)，其機理為多子的注入和耗盡。二、簡述（共20分，每小題5分）1、內建電場；答案：p型材料和n型材料接觸后形成pn結，由于存在濃度差，n區(qū)的電子會擴散到p區(qū)，p區(qū)的空穴會擴散到n區(qū)，而在n區(qū)的施主正離子中心固定不動，出現凈的正電荷，同樣p區(qū)的受主負離子中心也固定不動，出現凈的負電荷，于是就會產生空間電荷區(qū)。在空間電荷區(qū)內，電子和空穴又會發(fā)生漂移運動，它的方向正好與各自擴散運動的方向相反，在無外界干擾的情況下，最后將達到動態(tài)平衡，至此形成內建電場，方向由n區(qū)指向p

10、區(qū)。2、發(fā)射極電流集邊效應；答案：在大電流下，基極的串聯(lián)電阻上產生一個大的壓降，使得發(fā)射極由邊緣到中心的電場減小，從而電流密度從中心到邊緣逐步增大，出現了發(fā)射極電流在靠近基區(qū)的邊緣逐漸增大，此現象稱為發(fā)射極電流集邊效應，或基區(qū)電阻自偏壓效應。3、mosfet本征電容；答案：即交流小信號或大信號工作時電路的等效電容，它包括柵漏電容和柵源電容，柵漏電容是柵源電壓不變、漏源電壓變化引起溝道電荷的變化與漏源電壓變化量之間的比值，而柵源電容是指柵壓變化引起溝道電荷與柵源電壓變化量之間的比值。4、截止頻率。答案：對于共基極接法，截止頻率即共基極電流增益下降到低頻時的倍時所對應的頻率值，對于共射極接法，截止

11、頻率是指共射極電流增益下降到倍時所對應的頻率值，其中有。三、論述（共24分，每小題8分）1、如何提高晶體管的開關速度？答案：晶體管的開關速度取決于開關時間，它包括開啟時間和關斷時間，綜合考慮，提高速度的主要措施有：（1）采用摻金工藝，以增加復合中心，加速載流子的耗散，降低存儲時間；（2）降低外延層的電阻率，以降低；（3）減小基區(qū)寬度，降低基區(qū)渡越時間；（4）減小發(fā)射結結面積，以減小和，從而減小延遲時間；（5）適當控制并選擇合適的工作條件。2、bjt共基極與共射極輸出特性曲線的比較。答案：（1）輸出電流增益共射極要遠遠高于共基極，即；（2）共射極輸出特性曲線的末端上翹，是由于early效應的緣故

12、緣故；（3）因為共機共基極輸出特性曲線的斜率比共射極的小，所以其輸出電阻要大于共射極接法的輸出電阻；（4）由于共射極接法的電壓落在兩個結上，即，則還未減小到零時，已經開始下降，而共基極揭發(fā)時下降到零以后，才開始下降。3、改善晶體管頻率特性的主要措施。答案：（1）降低基區(qū)渡越時間，如減小基區(qū)寬度等；（2）降低發(fā)射區(qū)渡越時間，如減小，增加發(fā)射區(qū)少子的擴散長度，作較陡的雜質分布，以減小減速場的作用；（3）降低發(fā)射結充放電時間和集電結充放電時間，如減小發(fā)射結與集電結的面積等；（4）降低，如降低集電極電阻率，但會降低集電區(qū)的擊穿電壓；（5）降低，如降低發(fā)射結面積；（6）降低，如降低和等四、計算（共32分）1、試推導非飽和區(qū)mosfet的sah方程；（此小題10分）答案：參見教材微電子技術基礎雙極、場效應晶體管原理（曹培棟編著，電子工