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1、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
2、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
3、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）FEC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。
4、 （3 分）拟 题 人： 高树静 书写标准答案人： 高树静 kTFeP/)(1)(V（5 分）FE CE Vp n CE VE F p n CE Fi VE 0q 漂 移 漂 移 扩 散 扩 散 E n p 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
5、N 型边一侧向下弯曲。弯曲的幅度为 。 （3 分）0q3、 （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， dxnq
6、DJxn)(由爱因斯坦关系式可得 （3 分）scmqKTDn /4025.1602在-Wp0 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 VG 的增加，耗尽层厚度增加，电容下降； VG 继续增加，反型层中的电子电荷不断增加，对外加电场起屏蔽作用，xd 不再增加，MOS 电容达到最小值。低频：随着 VG 的增加，CS 变得很大，使得归一划电容趋向于 1。
