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电子科技大学微电子器件习题

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第二章 PN结

填空题

1、若某突变PN结的P型区的掺杂浓度为NA=1.5×1016cm-3，则室温下该区的平衡多子浓度pp0与平衡少子浓度np0分别为（ ）和（ ）。

2、在PN结的空间电荷区中，P区一侧带（ ）电荷，N区一侧带（ ）电荷。内建电场的方向是从（ ）区指向（ ）区。

3、当采用耗尽近似时，N型耗尽区中的泊松方程为（ ）。由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（ ）。

4、PN结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（ ），内建电场的最大值就越（ ），内建电势Vbi就越（ ），反向饱和电流I0就越（ ），势垒电容CT就越（ ），雪崩击穿电压就越（ ）。

5、硅突变结内建电势Vbi可表为（ ），在室温下的典型值为（ ）伏特。

6、当对PN结外加正向电压时，其势垒区宽度会（ ），势垒区的势垒高度会（ ）。

7、当对PN结外加反向电压时，其势垒区宽度会（ ），势垒区的势垒高度会（ ）。

8、在P型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度np与外加电压V之间的关系可表示为（ ）。若P型区的掺杂浓度NA=1.5×1017cm-3，外加电压V= 0.52V，则P型区与耗尽区边界上的少子浓度np为（ ）。

9、当对PN结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（ ）；当对PN结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（ ）。

10、PN结的正向电流由（ ）电流、（ ）电流和（ ）电流三部分所组成。

11、PN结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（ ）；PN结的反向电流很小，是因为反向电流的电荷来源是（ ）。

12、当对PN结外加正向电压时，由N区注入P区的非平衡电子一边向前扩散，一边（ ）。每经过一个扩散长度的距离，非平衡电子浓度降到原来的（ ）。

13、PN结扩散电流的表达式为（ ）。这个表达式在正向电压下可简化为（ ），在反向电压下可简化为（ ）。

14、在PN结的正向电流中，当电压较低时，以（ ）电流为主；当电压较高时，以（ ）电流为主。

15、薄基区二极管是指PN结的某一个或两个中性区的长度小于（ ）。在薄基区二极管中，少子浓度的分布近似为（ ）。

16、小注入条件是指注入某区边界附近的（ ）浓度远小于该区的（ ）浓度，因此该区总的多子浓度中的（ ）多子浓度可以忽略。

17、大注入条件是指注入某区边界附近的（ ）浓度远大于该区的（ ）浓度，因此该区总的多子浓度中的（ ）多子浓度可以忽略。

18、势垒电容反映的是PN结的（ ）电荷随外加电压的变化率。PN结的掺杂浓度越高，则势垒电容就越（ ）；外加反向电压越高，则势垒电容就越（ ）。

19、扩散电容反映的是PN结的（ ）电荷随外加电压的变化率。正向电流越大，则扩散电容就越（ ）；少子寿命越长，则扩散电容就越（ ）。

20、在PN结开关管中，在外加电压从正向变为反向后的一段时间内，会出现一个较大的反向电流。引起这个电流的原因是存储在（ ）区中的（ ）电荷。这个电荷的消失途径有两条，即（ ）和（ ）。

21、从器件本身的角度，提高开关管的开关速度的主要措施是（ ）和（ ）。

22、PN结的击穿有三种机理，它们分别是（ ）、（ ）和（ ）。

23、PN结的掺杂浓度越高，雪崩击穿电压就越（ ）；结深越浅，雪崩击穿电压就越（ ）。

24、雪崩击穿和齐纳击穿的条件分别是（ ）和（ ）。

问答与计算题

1、简要叙述PN结空间电荷区的形成过程。 2、什么叫耗尽近似？什么叫中性近似？

3、什么叫突变结？什么叫单边突变结？什么叫线性缓变结？分别画出上述各种PN结的杂质浓度分布图、内建电场分布图和外加正向电压及反向电压时的少子浓度分布图。

4、PN结势垒区的宽度与哪些因素有关？

5、写出PN结反向饱和电流I0的表达式，并对影响I0的各种因素进行讨论。

6、PN结的正向电流由正向扩散电流和势垒区复合电流组成。试分别说明这两种电流随外加正向电压的增加而变化的规律。当正向电压较小时以什么电流为主？当正向电压较大时以什么电流为主？

7、什么是小注入条件？什么是大注入条件？写出小注入条件和大注入条件下的结定律，并讨论两种情况下中性区边界上载流子浓度随外加电压的变化规律。

8、在工程实际中，一般采用什么方法来计算PN结的雪崩击穿电压？

9、简要叙述PN结势垒电容和扩散电容的形成机理及特点。

10、当把PN结作为开关使用时，在直流特性和瞬态特性这两方面，PN结与理想开关相比有哪些差距？引起PN结反向恢复过程的主要原因是什么？

11、某突变PN结的ND=1.5×1015cm-3, NA=1.5×1018cm-3，试求nn0, pn0, pp0和np0的值，并求当外加0.5V正向电压和（-0.5V）反向电压时的np(-xp)和pn(xn)的值。

12、某突变PN结的ND=1.5×1015cm-3, NA=1.5×1018cm-3，计算该PN结的内建电势Vbi之值。

13、有一个P沟道MOSFET的衬底掺杂浓度为ND=1.5×1015cm-3，另一个N沟道MOSFET的衬底掺杂浓度为NA=1.5×1018cm-3。试分别求这两个MOSFET的衬底费米势，并将这两个衬底费米势之和与上题的Vbi相比较。

14、某突变PN结的ND=1.5×1015cm-3, NA=1.5×1018cm-3，试问Jdp是Jdn的多少倍？

15、已知某PN结的反向饱和电流为Io =10 -12A，试分别求当外加0.5V正向电压和（-0.5V）反向电压时的PN结扩散电流。

16、已知某PN结的反向饱和电流为Io =10 -11A，若以当正向电流达到10 -2A作为正向导通的开始，试求正向导通电压VF之值。若此PN结存在寄生串联电阻Rcs= 4Ω，则在同样的测试条件下VF将变为多少？

17、某硅单边突变结的雪崩击穿临界电场 EC=3.5×105Vcm-1，开始发生雪崩击穿时的耗尽区宽度xdB=

8.57μm，求该PN结的雪崩击穿电压VB。若对该PN结外加|V|=0.25VB的反向电压，则其耗尽区宽度为多少？

18、如果设单边突变结的雪崩击穿临界电场eC与杂质浓度无关，则为了使雪崩击穿电压VB提高1倍，发生雪崩击穿时的耗尽区宽度xdB应为原来的多少倍？低掺杂区的杂质浓度应为原来的多少倍？

19、某突变PN结的Vbi = 0.7V，当外加-4.3V的反向电压时测得其势垒电容为8pF，则当外加-19.3V的反向电压时其势垒电容应为多少？

20、某突变结的内建电势Vbi = 0.7V，当外加电压V= 0.3V时的势垒电容与扩散电容分别是2pF和2×10-4pF，试求当外加电压V= 0.6V时的势垒电容与扩散电容分别是多少？

21、某硅突变结的nA= 1× 1016cm-3，nD= 5×1016cm-3，试计算平衡状态下的

(1) 内建电势Vbi；

(2) P区耗尽区宽度xp、N区耗尽区宽度xn及总的耗尽区宽度xD；

(3) 最大电场强度εmax。

22、某单边突变结在平衡状态时的势垒区宽度为xD0，试求外加反向电压应为内建电势Vbi的多少倍时，才能使势垒区宽度分别达到2xd0和3xd0。

23、一块同一导电类型的半导体，当掺杂浓度不均匀时，也会存在内建电场和内建电势。设一块N型硅的两个相邻区域的施主杂质浓度分别为nD1和nD2，试推导出这两个区域之间的内建电势公式。如果nD1= 1×

1020cm-3，

nD2= 1×1016cm-3，则室温下内建电势为多少？

24、试推导出杂质浓度为指数分布N= N0exp(-x/l)的中性区的内建电场表达式。若某具有这种杂质浓度分布的硅的表面杂质浓度为 1018cm-3，λ= 0.4μm，试求其内建电场的大小。再将此电场与某突变PN结的耗尽区中最大电场作比较，该突变PN结的nA= 1018cm-3，nD= 1015cm-3。

25、图P2-1所示为硅PIN结的杂质浓度分布图，符号I代表本征区。

(1) 试推导出该PIN结的内建电场表达式和各耗尽区长度的表达式，并画出内建电场分布图。

(2) 将此PIN结的最大电场与不包含I区的PN结的最大电场进行比较。设后者的P区与N区的掺杂浓度分别与前者的P区与N区的相同。

图P2-1

图P2-2

26、某硅中的杂质浓度分布如图P2-2所示，施主杂质和受主杂质的浓度分别为ND(x)=10 16exp(-x/ 2×10 -4)cm-3和NA(x)= NA(0)exp(-x/10 -4)cm-3

(1) 如果要使结深xJ= 1μm，则受主杂质的表面浓度nA(0)应为多少？

(2) 试计算结深处的杂质浓度梯度A的值。

(3) 若将此PN结近似为线性缓变结，设Vbi= 0.7V，试计算平衡时的耗尽区最大电场εmax，并画出内建电场分布图。

27、试证明在一个P区电导率σp远大于N区电导率σn的PN结中，当外加正向电压时空穴电流远大于电子电流。

28、已知nI2= NCNVexp(-eG/kT) = CkT3exp(-eG0/kT)，式中nC、nV分别代表导带底、价带顶的有效状态密度，eG0代表绝对零度下的禁带宽度。低温时反向饱和电流以势垒区产生电流为主。试求反向饱和电流I0与温度的关系，并求I0随温度的相对变化率(dI0/dT)/I0，同时画出电压一定时的I0~ T曲线。

29、某P+N-N+结的雪崩击穿临界电场εc为32V/μm，当N-区的长度足够长时，击穿电压VB为144V。试求当N-区的长度缩短为3μm时的击穿电压为多少？

30、已知某硅单边突变结的内建电势为0.6V，当外加反向电压为3.0V时测得势垒电容为10pF，试计算当外加0.2V正向电压时的势垒电容。

31、某结面积为10 -5cm2的硅单边突变结，当（Vbi-V）为1.0V时测得其结电容为1.3pF，试计算该PN结低掺杂一侧的杂质浓度为多少？

32、某PN结当正向电流为10mA时，室温下的小信号电导与小信号电阻各为多少？当温度为 100°C时它们的值又为多少？

33、某单边突变P+N结的N区杂质浓度nD= 1016cm-3，N区少子扩散长度Lp= 10μm，结面积A= 0.01cm2，外加0.6V的正向电压。试计算当N区厚度分别为100μm和3μm时存储在N区中的非平衡少子的数目。

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电子科技大学微电子器件实验讲义

电子科技大学微电子器件实验讲义

1-1

1-2

1-1 1-2

1XJ4810

2

3

1XJ4810

XJ48101-3

1

2

3

50Hz

4

5

6

XJ4810XJ4810

[1]

1-3 XJ4810

23DG6 npn

1Ri

Ri

CEVBBEiIVR

3DG6VCE = 10VQ

Ri1- 4

0~10V

+

+

0.1~1k x 0 .1V/

y

0.1mA/

x1V/10V

x0.1V/VCE=10V1-5

.200101.002.0310VVBBEiCEIVR

1-4 1-5 2hFE

hFE1- 4

0~50V

+

+

0.1~1k x 2V/

y 2mA/

0.02mA/

1-6

11002.02.21001.010

10101010

BCVCEVmACIBCVCEVmACIFE

IIIIh

hFEhFE

1-7x

1-6 1-7

IB

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BICEcVIg

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IE

CBVECII

3VCESVBES

VCESVBESVCESC--

EVBESB--EVBES =0.7~0.8V

VBES =0.3~0.4VVCESVBES

VBES

1-4IC=10mAIB=1mA

0~50V

0.5~1K

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+ x 0.05V/

y 1mA/

0.1mA/

/ 10

1011IC=10mAVCEVCES1-8VCES=0.15V

yx0.1V/1-9

IB=1mAVBEVBES1-9VBES = 0.78V

1-8 VCES 1-9 VBES

4BVCBOBVCEOBVEBO VBBVCEOBVCBO

cWcBVCBOxmBVBWCcWC

BVCBOC--BBVCEOC--E

BVCBO----C--B

BVCEO---- C--E

BVEBO----E--B noCBOCEOBVBV1/npnn = 4

NcNBBVCBOBVCEOBVEBOCBNN

BVCBOBVEBOBVCEO

3DG6BVCBOBVCEOIC=100A BVEBO IE =100A

电子科技大学 微电子器件实验报告MICRO-2

电子科技大学 微电子器件实验报告MICRO-2

1 / 4 电 子 科 技 大 学

实 验 报 告

（实验）课程名称 微电子器件

实验二：场效应晶体管直流特性的测试

学生姓名：

学 号：*************

指导教师：***

实验地点： 211楼605

实验时间：2015、6、

2 / 4 一、实验室名称： 微电子器件实验室

二、实验项目名称：场效应晶体管直流特性的测试

三、实验学时：3

四、实验原理：

1. 实验仪器

实验仪器为XJ4810图示仪，与测量双极晶体管直流参数相似，但由于所检测的场效应管是电压控制器件，测量中须将输入的基极电流改换为基极电压，这可将基极阶梯选择选用电压档（伏/级）；也可选用电流档（毫安/级），但选用电流档必须在测试台的B-E间（相当于场效应管的G.S之间）外接一个电阻（如接1kΩ电阻），将输入电流转换成输入电压。

测量时将场效应管的管脚与双极管脚一一对应，即S（源极）对应E（发射极）；G（栅极）对应B（基极）；D（漏极）对应C（集电极）。

值得注意的是，测量MOS管时，若没有外接电阻，必须避免阶梯选择直接采用电流档，以防止损坏管子。

另外，由于场效应管输入阻抗很高，在栅极上感应出来的电荷很难通过输入电阻泄漏掉，电荷积累会造成电位升高。尤其在极间电容较小的情况下，常常在测试中造成MOS管感应击穿，使管子损坏或指标下降。因而在检测MOS管时，应尽量避免栅极悬空，且源极接地要良好，交流电源插头也最好采用三眼插头，并将地线（E接线柱）与机壳相通。存放时，要将管子三个电极引线短接。

2. 参数定义

（1）输出特性与转移特性

输出特性曲线（IDS－VDS）即漏极特性曲线，它与双极管的输出特性曲线相似，如图2-1所示。在曲线中，工作区可分为三部分：

I 是可调电阻区（或称非饱和区）； Ⅱ 是饱和区； Ⅲ 是击穿区。

转移特性曲线为IDS－VDS之间的关系。转移特性反映场效应管栅极的控制能力。由于结型场效应晶体管都属于耗尽型，且栅源之间相当于一个二极管，所以当栅压正偏（VGS＞0）并大于 0.5V时，转移特性曲线开始弯曲，如图2-2中正向区域虚线所示。这是由于栅极正偏引起栅电流使输入电阻下降。这时如果外电路无保护措施，易将被测管烧毁，而MOS场效应管因其栅极有SiO2绝缘层，所以即使栅极正偏也不引起栅电流，曲线仍向上升，见图2-2所示。

2015年电子科技大学成都考研真题832微电子器件

2015年电子科技大学成都考研真题832微电子器件

电子科技大学

2015年攻读硕士学位研究生入学考试试题

考试科目：832 微电子器件

注：所有答案必须写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上均无效。

一、填空题（共45分，每空1分）

1、泊松方程的积分形式即是（ ）定理，它的物理意义是：流出一个闭合

曲面的电通量等于该闭合曲面围成的体积内的（ ）。

2、PN结的扩散电容和势垒电容有很多不同之处。例如：（ ）只存在于正向偏

压之下；（ ）的正负电荷在空间上是分离的；（ ）能用作变容二

极管。

3、锗二极管和相同掺杂浓度、相同尺寸的硅二极管相比，其反向饱和电流更（ ），正

向导通压降更（ ）。

4、碰撞电离率是指每个载流子在（ ）内由于碰撞电离产生的（ ）

的数目。电场越（ ），材料的禁带宽度越（ ），碰撞电离率将越大。

5、温度升高时，PN结的雪崩击穿电压将（ ），这是因为温度升高将导致晶格振动

加强，因而载流子的平均自由程（ ）。

6、MOSFET用于数字电路时，其工作点设置在（ ）区和（ ）区；

双极型晶体管用于模拟电路时，其直流偏置点设置在（ ）区。

7、双极型晶体管的tb既是基区渡越时间，又是（ ）电阻与（ ）

电容的乘积。

8、双极型晶体管的跨导代表其（ ）电流受（ ）电压变化的影响。双

极型晶体管的直流偏置点电流IE越大，跨导越（ ）；工作温度越高，跨导越

（ ）。（第三、四个空填“大”或“小”）

9、一般来说，双极型晶体管的几个反向电流之间的大小关系为：IES（ ）ICS；

ICBO（ ）ICEO； BVCBO（ ）BVCEO；BVEBO（ ） BVCBO

（填“>”、“<”或“=”）

10、当双极型晶体管集电极反偏，发射极开路时，发射极电流（ ）零，发射结上的偏

压（ ）零。 （填“>”、“<”或“=”） 11、增加双极型晶体管的基区宽度将（ ）厄尔利电压，（ ）基极电阻，

（ ）基区输运系数。

12、NMOS的衬底相对于源端应该接（ ）电位。当|VBS|增加时，其阈值电压将（ ）。

电子科技大学微电子器件大纲

电子科技大学微电子器件大纲

考试科目 832微电子器件 考试形式 笔试（闭卷）

考试时间 180分钟 考试总分 150分

一、总体要求

主要考察学生掌握“微电子器件”的基本知识、基本理论的情况，以及用这些基本知识和基本理论分析问题和解决问题的能力。

二、内容及比例

1、半导体器件基本方程

1）一维形式的半导体器件基本方程

2）基本方程的主要简化形式

2、PN结

1）突变结与线性缓变结的定义

2）PN结空间电荷区的形成

3）耗尽近似与中性近似

4）耗尽区宽度、内建电场与内建电势的计算

5）正向及反向电压下PN结中的载流子运动情况

6）PN结的能带图

7）PN结的少子分布图

8) PN结的直流伏安特性

9）PN结反向饱和电流的计算及影响因素

10）薄基区二极管的特点

11）大注入效应

12）PN结雪崩击穿的机理、雪崩击穿电压的计算及影响因素、齐纳击穿的机理及特点、热击穿的机理

13）PN结势垒电容与扩散电容的定义、计算与特点

14）PN结的交流小信号参数与等效电路

15）PN结的开关特性与少子存储效应

3、双极型晶体管

1）双极型晶体管在四种工作状态下的少子分布图与能带图

2）基区输运系数与发射结注入效率的定义及计算

3）共基极与共发射极直流电流放大系数的定义及计算

4）基区渡越时间的概念及计算

5）缓变基区晶体管的特点

6）小电流时电流放大系数的下降

7）发射区重掺杂效应

8）晶体管的直流电流电压方程、晶体管的直流输出特性曲线图

9）基区宽度调变效应

10）晶体管各种反向电流的定义与测量

11）晶体管各种击穿电压的定义与测量、基区穿通效应

12）方块电阻的概念及计算

13）晶体管的小信号参数

14）晶体管的电流放大系数与频率的关系、组成晶体管信号延迟时间的四个主要时间常数、高频晶体管特征频率的定义、计算与测量、影响特征频率的主要因素 15）高频晶体管最大功率增益与最高振荡频率的定义与计算，影响功率增益的主要因素

4、绝缘栅场效应晶体管（MOSFET）