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拟 题 人: 高树静 书写标准答案人: 高树静 拟题学院(系): 信息科学技术学院 适用专业: 集成0612 2007-2008 学年 2 学期 半导体器件电子学 试题标准答案(答案要注明各个要点的评分标准)一、 名词解释(每小题5分,共20分)1、答:费米函数:影响电子能量分布的表达式;某个特定的能级被电子占据的概率。 (3分)费米能级F:在此能量下,电子的占有率为1/2。(2分)2、答:当PN结加反向偏压时,做漂移运动的载流子在经过空间电荷区时,在电场作用下获得很高的能量,且不断与晶格原子发生碰撞。当电子很空穴能量足够大时,可以将电子激发到导带,想成电子-空穴对,即所谓的碰撞电离。(2分)新产生的电子空穴也向相反的方向运动,重新获得能量,通过碰撞产生新的电子-空穴对,即载流子的倍增效应。(2分)载流子的增多会产生很大的反向电流,形成雪崩击穿。(1分)3、当VCE增大后,导致基区变窄,进而导致共发射极电流放电系数变大,IC增大。(4分)这种由基区宽度调制效应而引起的IC随VCE(或VCB )的变化称为厄利效应。 (1分)4、在栅极没有外加电压的情况下,由于非理想因素的存在(例如势垒高度差,以及氧化层电荷等),使得半导体衬底表面电势不为0,(1分)从而产生能带弯曲。在栅极加电压之后,可以使表面电势为0,进而拉平能带图。(1分)这种外加的能拉平半导体能带的电压就叫做平带电压。(3分)二、 简答题301、(5分)答:禁带的宽度区别了绝缘体和半导体,绝缘体的禁带比半导体的禁带宽;(2分)而禁带的有无是导体和半导体、绝缘体之间的区别,导体是没有禁带的;(2分)绝缘体是相对的,不存在绝对的绝缘体。(1分)2、(15分)答:本征半导体费米能级位于禁带中央,能带图如下所示。(3分)当掺入施主杂质后,由于电子浓度增加,使得电子占据能带的能力增强,从而占据高能级的概率增加,使费米能级上移,靠近导带;(3分)当掺入受主杂质后,由于空穴浓度增加,电子浓度降低,使得电子占据能带的能力减弱,从而占据高能级的概率降低,使费米能级下移,靠近价带。(3分)(5分)左图为PN结形成前的能带图,右图为PN结形成后的能带图。PN结形成后的主要变化有:(1)由于整个系统最后达到了热平衡,因此PN结两侧的费米能级是统一的。(3分)(2)形成PN结之后,由于空间电荷区的势垒高度,使得P型边一侧的电势要低于N型边一侧的电势。而能带图反映的是电势势能,因此P型边一侧的电子电势高于N型边一侧的电子电势,能带图从P型边一侧到N型边一侧向下弯曲。弯曲的幅度为。(3分)3、(10分)答:跨导即输出电流对输入电压的变化率,反映了VGS对ID的控制。(2分) (2分)其中因此跨导由以下结构和技术决定:迁移率;氧化层厚度;Z/L比例。可以采用以下几种方法提高跨导:(1)由于电子迁移率要高于空穴迁移率,因此可以尽量采用N沟道器件;(2分)(2)氧化层电容与氧化层厚度成反比,因此要尽量降低氧化层厚度;(2分)(3)提高Z/L的比例,但是如果提高Z,会导致器件面积增加,成本增加,因此要尽量降低沟道长度L。(2分)三、答:(1)电流主要为扩散电流,由电子扩散运输方程知,由爱因斯坦关系式可得(3分)在-Wpx- Wp/2范围内,(2分)在-Wp/2x- Xp范围内,(1分)(2)n边的掺杂浓度时p边的一半,所以少子浓度将将达到p区少子浓度的两倍, ,,(2分)所以有因此p(xp)=21014 cm-3。(2分)(3)电流主要为扩散电流,由电子扩散运输方程知,由爱因斯坦关系式可得(3分)(2分)(4)(3分),因此(2分)四、答:(1)由爱因斯坦关系式 p0BNAB=1016/cm3,(2分)取基区左边界为0坐标,由PN结定律:(2分)(2分)(2)由耗尽近似 ,因此 (4分)五、答:MOS系统电容可以分为两部分:一是由栅氧化物硅所构成的绝缘层电容CO;二是由氧化物硅表面空间电荷区所形成的耗尽层电容CS。MOS电容系统是二者串联的结果。(2分)根据VG的变化,MOS系统电容特性可以分为三个区域。(3分)(1)积累区(VG0)(5分)由于VG0时,表面势大于0,在空间电荷区中,能带向下弯曲。造成多子耗尽,少子增多,但少子数量仍可忽略。耗尽层厚度随电压上升而加厚,CS下降。总电容下降。(4)反型区(5分)在耗尽基础上进一步增加VG,能带弯曲更大,使得禁带中线超过了费米能级。此时出现了半导体表面nni和pni的情况,该层半导体由p型变为n型,称为反型层。根据所加电压的频率,该区域的MOS电容特性有高频和低频之分。高频:随着
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