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1、第 11 页 共 11 页半导体器件物理试卷（一） 一、填空（共32分，每空2分）1、PN结电容可分为 和 两种，它们之间的主要区别 。2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压VT产生影响，具体地，对于短沟道器件对VT的影响为 ，对于窄沟道器件对VT的影响为 。3、在NPN型BJT中其集电极电流IC受 电压控制，其基极电流IB受 电压控制。4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是 。5、PN结击穿的机制主要有 等几种，其中发生雪崩击穿的条件为 。6、当MOSFET进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因有 ， 和 。二、简述（共18分，每小题6分
2、）1、Early电压VA。2、截止频率f T。3、耗尽层宽度W。三、分析（共20分，每小题10分）1、对于PNP型BJT工作在正向有源区时载流子的输运情况；2、热平衡时突变PN结的能带图、电场分布，以及反向偏置后的能带图和相应的I-V特性曲线。（每个图2分）四、计算推导（共30分，每小题15分）1、MOSFET工作在非饱和区时的Sah方程推导，并求解跨导gm和沟道电导gD，说明提高gm的具体措施；（每步2分，电导计算4分，措施3分）2、在NPN双极型晶体管正向有源区工作时，试求该器件正向电流增益，并说明提高的几种途径。其中，。（计算推导9分，措施6分 ） 半导体器件物理试卷（二）一、填空（共2
3、4分，每空2分） 1、PN结电击穿的产生机构两种；2、双极型晶体管中重掺杂发射区目的；3、晶体管特征频率定义；4、P沟道耗尽型MOSFET阈值电压符号；5、MOS管饱和区漏极电流不饱和原因；6、BVCEO含义；7、MOSFET短沟道效应种类；8、扩散电容与过渡区电容区别。二、简述（共20分，每小题5分）1、内建电场；2、发射极电流集边效应； 3、MOSFET本征电容；4、截止频率。三、论述（共24分，每小题8分）1、如何提高晶体管的开关速度？2、BJT共基极与共射极输出特性曲线的比较。3、改善晶体管频率特性的主要措施。四、计算（共32分）1、试推导非饱和区MOSFET的Sah方程；（此小题10
4、分）2、长二极管I-V方程的推导计算；（此小题10分）3、MOSFET的阈值电压VT的计算。（此小题12分）半导体器件物理试卷（一）标准答案及评分细则一、 填空（共32分，每空2分） 1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长 度范围内，其机理为少子的充放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压VT产生影响，具体地，对于短沟道器件对VT的影响为下降，对于窄沟道器件对VT的影响为上升。3、在NPN型BJT中其集电极电流IC受VBE电压控制，其基极电流IB受VBE 电压控制
5、。 4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是寄生参数小，响应速度快等。 5、PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发生雪崩击穿的条件为VB6Eg/q。 6、当MOSFET进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因有沟道长度调制效应，漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应。 二、简述（共18分，每小题6分）1、Early电压VA。2、截止频率f T。答案：截止频率即电流增益下降到1时所对应的频率值。3、耗尽层宽度W。答案：P型材料和N型材料接触后形成PN结，由于存在浓度差，就会产生空间电荷区，而空间电荷区的宽度就称为耗尽层宽度W。三、分
6、析（共20分，每小题10分）1、对于PNP型BJT工作在正向有源区时载流子的输运情况；答案：对于PNP型晶体管,其发射区多数载流子空穴向集电区扩散,形成电流IEP，其中一部分空穴与基区的电子复合，形成基极电流的IB的主要部分，集电极接收大部分空穴形成电流ICP，它是IC的主要部分。2、热平衡时突变PN结的能带图、电场分布，以及反向偏置后的能带图和相应的I-V特性曲线。（每个图2分）答案：热平衡时突变PN结的能带图、电场分布如下所示：反向偏置后的能带图和相应的I-V特性曲线如下所示：四、计算推导（共30分，每小题15分）1、MOSFET工作在非饱和区时的Sah方程推导，并求解跨导gm和沟道电导g
7、D，说明提高gm的具体措施；（每步2分，电导计算4分，措施3分）提高gm的具体措施有：（1）增大载流子迁移率，选用体内迁移率高的材料；（2）减小栅氧化层厚度，制作高质量的尽可能薄的栅氧化层；（3）增大器件的宽长比；（4）减小器件的串联电阻。2、在NPN双极型晶体管正向有源区工作时，试求该器件正向电流增益，并说明提高的几种途径。其中，。（计算推导9分，措施6分 ）答案：经推导计算可得，提高的措施有：（1）增大发射区/基区浓度比，即发射区采取重掺杂；（2）增大基区少数载流子的扩散系数，即选用NPN型器件；（3）增大发射区/基区厚度比，即减薄基区的厚度半导体器件物理试卷（二）标准答案及评分细则 一、
8、填空（共24分，每空2分） 1、PN结电击穿的产生机构两种；答案：雪崩击穿、隧道击穿或齐纳击穿。2、双极型晶体管中重掺杂发射区目的；答案：发射区重掺杂会导致禁带变窄及俄歇复合，这将影响电流传输，目的为提高发射效率，以获取高的电流增益。3、晶体管特征频率定义；答案：随着工作频率f的上升，晶体管共射极电流放大系数下降为时所对应的频率，称作特征频率。4、P沟道耗尽型MOSFET阈值电压符号；答案：；5、MOS管饱和区漏极电流不饱和原因；答案：沟道长度调制效应和漏沟静电反馈效应。6、BVCEO含义；答案：基极开路时发射极与集电极之间的击穿电压。7、MOSFET短沟道效应种类；答案：短窄沟道效应、迁移率
9、调制效应、漏场感应势垒下降效应。8、扩散电容与过渡区电容区别。答案：扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。二、简述（共20分，每小题5分）1、内建电场；答案：P型材料和N型材料接触后形成PN结，由于存在浓度差，N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，而在N区的施主正离子中心固定不动，出现净的正电荷，同样P区的受主负离子中心也固定不动，出现净的负电荷，于是就会产生空间电荷区。在空间电荷区内，电子和空穴又会发生漂移运动，它的方向正好与各自扩散运动的方向相反，在无外界干扰的情况下，最后将达到动态平衡，至此形成
10、内建电场，方向由N区指向P区。2、发射极电流集边效应；答案：在大电流下，基极的串联电阻上产生一个大的压降，使得发射极由边缘到中心的电场减小，从而电流密度从中心到边缘逐步增大，出现了发射极电流在靠近基区的边缘逐渐增大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区电阻自偏压效应。3、MOSFET本征电容；答案：即交流小信号或大信号工作时电路的等效电容，它包括栅漏电容和栅源电容，栅漏电容是栅源电压不变、漏源电压变化引起沟道电荷的变化与漏源电压变化量之间的比值，而栅源电容是指栅压变化引起沟道电荷与栅源电压变化量之间的比值。4、截止频率。答案：对于共基极接法，截止频率即共基极电流增益下降到低频时的倍时所对应的频
11、率值，对于共射极接法，截止频率是指共射极电流增益下降到倍时所对应的频率值，其中有。三、论述（共24分，每小题8分）1、如何提高晶体管的开关速度？答案：晶体管的开关速度取决于开关时间，它包括开启时间和关断时间，综合考虑，提高速度的主要措施有：（1）采用掺金工艺，以增加复合中心，加速载流子的耗散，降低存储时间；（2）降低外延层的电阻率，以降低；（3）减小基区宽度，降低基区渡越时间；（4）减小发射结结面积，以减小和，从而减小延迟时间；（5）适当控制并选择合适的工作条件。2、BJT共基极与共射极输出特性曲线的比较。答案：（1）输出电流增益共射极要远远高于共基极，即；（2）共射极输出特性曲线的末端上翘，
12、是由于Early效应的缘故缘故；（3）因为共机共基极输出特性曲线的斜率比共射极的小，所以其输出电阻要大于共射极接法的输出电阻；（4）由于共射极接法的电压落在两个结上，即，则还未减小到零时，已经开始下降，而共基极揭发时下降到零以后，才开始下降。3、改善晶体管频率特性的主要措施。答案：（1）降低基区渡越时间，如减小基区宽度等；（2）降低发射区渡越时间，如减小，增加发射区少子的扩散长度，作较陡的杂质分布，以减小减速场的作用；（3）降低发射结充放电时间和集电结充放电时间，如减小发射结与集电结的面积等；（4）降低，如降低集电极电阻率，但会降低集电区的击穿电压；（5）降低，如降低发射结面积；（6）降低，如降低和等四、计算（共32分）1、试推导非饱和区MOSFET的Sah方程；（此小题10分）答案：参见教材微电子技术基础双极、场效应晶体管原理（曹培栋编著，电子工业出版社，2001）第236-237页。2、长二极管I-V方程的推导计算；（此小题10分）答案：参见教材微电子技术基础双极、场效应晶体管原理（曹培栋编著，电子工业出版社，2001）第18-19页，同时长二极管的近似条件。3、MOSFET的阈值电压VT的计算。（此小题12分）答案：参见教材微电子技术基础双极、场效应晶体管原理（曹培栋编著，电子工业出版社，2001）第222-229页。答案参见我的新浪博客：http:/
