微电子器件期末试题讲述.docx

一、填空题1.PN结中P区和N区的掺杂浓度分别为和,本征载流子浓度为，则PN结内建电势的表达式。2.对于单边突变结结，耗尽区主要分布在N区，该区浓度越低，则耗尽区宽度值越大，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，扩散电流提高；为了提高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。3.在设计和制造晶体管时，为提高晶体管的电流放大系数，应当增加发射区和基区的掺杂浓度的比值，降低基区宽度。解析：对于硅PN结，当V0.3V时，电流密度J满足关系式，此时以势垒区复合电流为主；当V0.45V时，电流密度J满足关系式，此时以正向扩散电流为主；在室温下，反向电流以势垒区产生电流为主，该电流与存在关系。解析：当温度较低时，总的反射电流中以势垒区产生电流为主；当温度较高时，则以反射扩散电流为主。对于硅PN结，在室温下以势垒区产生电流为主，只有在很高的温度下才以反向扩散电流为主。反向扩散电流含因子，势垒区产生电流则含因子。势垒区电容反映势垒区边缘的电离杂质电荷随外加电压的变化；扩散电容反映的是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区电容。PN结电击穿有齐纳击穿和雪崩击穿两种机制，其中雪崩击穿机制决定的击穿电压具有正温度系数。在小电流的情况，双极结型晶体管的会降低，这是此时发射极电流中复合的比例增大；大电流时会降低，这是由于大注入的基区扩展效应。PN结反射饱和电流随结温升高而升高。MOSFET导通状态下，饱和输出电流随半导体温度增加升高而降低，这主要是由于迁移率下降造成的。解析：对于同一种半导体材料和相同的掺杂浓度，温度越高，则越大在，反向饱和电流就越大在，所以J具有正温度系数。由于栅氧化层中通常带正电，这使得N沟道MOSFET的阈值电压绝对值变大，可动钠离子从金属/绝缘层界面移向绝缘层/半导体界面，阈值电压绝对值变小。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，阈值电压降低。长沟道MOSFET漏极电流饱和是由于沟道夹断。为了提高双极结型晶体管的基区输运系数，应降低基区宽度，降低基区掺杂浓度；当基区宽度减半时，基区渡越时间变为原来的，这将降低基区穿通电压。双极结型晶体管工作在放大区，发射结正偏，集电结反偏，此时用于模拟电路；工作在截止区，发射结反偏，集电结反偏。PN结的少子存储效应产生PN结的反向恢复时间，存储电荷消失的两个途径是：反向电流的抽取和少子的复合。均匀基区晶体管，少子在基区中主要作扩散运动，又称为均匀基区晶体管。缓变基区晶体管，少子在基区主要作漂移运动，又称为漂移晶体管。由于内建电场的存在使漂移晶体管少子的基区渡越时间低于扩散晶体管。对PN结外加反向电压时，势垒区宽度增大，势垒区内的电场增强。PN结在较小偏压下的反向电流由空穴扩散电流、电子扩散电流和势垒区产生电流三部分所组成。PN结的击穿有三种机理：它们分别是雪崩倍增、隧道效应和热击穿。在同一个N型衬底上形成两个PN结，结深一样，但P区掺杂浓度不一样，问：此时，高P区浓度PN结的击穿电压应小于低P区浓度PN结的击穿电压。对P沟道MOSFET，栅氧化层中的固定电荷将降低阈值电压。在反偏的结中，电场峰值出现在冶金结处，且N掺杂浓度越低，则耗尽区宽度越宽，耐压越高。向区扩展的耗尽区宽度比N区的扩展的耗尽区宽度小，N区耗尽区电荷总数与P区耗尽区电荷总数相等。对于硅材料，结的主要击穿机理是隧道击穿，结的主要击穿机理是雪崩击穿。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或碰撞电压积分为。当结构的区全耗尽时，该结构的电流电压特性呈现穿通击穿的状态；当结构的区全耗尽时，该结构的电流电压特性呈现反向阻断，正向导通状态。晶体管的共基电流增益与基区输运系数和发射结发射效率有关。其中，基区输运系数被定义为集电结处电子电流与发射结处电子电流之比。影响它的主要结构和材料参数为基区宽度。发射结发射效率被定义为发射结处电子电流和发射结处总电流之比，影响它的结构和材料主要参数为发射极与基极的浓度比。随着电极电流逐渐增加，在小注入和中等注入水平情况，晶体管电流增益会增大，进入大注入状态，会出现Webster效应。在极低电流水平下，电流增益是较小的，要提高该状态下的电流增益，应降低体内陷阱。降低基区电阻的工艺和版图措施有增大基区掺杂和结深，采用无源基区重掺杂、采用细线条，并增加基极条数目。在高频晶体管中，当较大时，提高的主要措施是减小和减小集电结耗尽区，但是上述做法会带来击穿电压的下降，因此需要折中。在高频晶体管中，工作频率每增加一倍，减小一半，功率增益降为，可定义功率增益和频率平方的乘积为高频优质，记为M。对于MOSFET当时，MOSFET电流仍然存在，这称为亚阈区导电。此时，沟道表