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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。