完整版电子科技大学微电子器件习题

考试科目：832 微电子器件一、填空题（共45分，每空1.5分）1、根据输运方程，载流子的（扩散）电流主要与载流子浓度梯度相关，而（漂移）电流主要与载流子浓度相关。

2、俄歇复合的逆过程是（碰撞电离）。

3、当PN结反偏时候，反向电流由（少子）扩散电流和势垒区（产生）电流构成。

4、在二极管的反向恢复过程中，中性区存储的非少子浓度降低有两个原因，一是（载流子复合），二是（反向电流抽取）。

5、薄基区二极管是指P区和N区中至少有一个区的长度远小于该区的（少子扩散长度）。

在其它条件相同的情况下，薄基区二极管的中性区宽度越（小），扩散电流越大。

6、（热击穿）又称为二次击穿，这种击穿通常是破坏性的。

7、双极型晶体管的基区少子渡越时间是指少子在基区内从发射结渡越到集电结的平均时间，等于（基区非平衡少子电荷）除以基区少子电流。

8、半导体薄层材料的方块电阻与材料的面积无关，而与（掺杂浓度）和（厚度）相关。

（备注：填电阻率和厚度也可以）。

9、双极型晶体管的电流放大系数具有（正）温度系数，双极型晶体管的反向截止电流具有（正）温度系数。

（填”正”，”负”或”零”）10、双极型晶体管用于数字电路时，其工作点设置在（截至）区和（饱和）区；MOSFET用于模拟电路时，其直流工作点设置在（饱和）区。

11、由于短沟道器件的沟道长度非常短，起源于漏区的电力线将有一部分贯穿沟道区终止于源区，造成源漏之间的（势垒高度）降低，从而造成漏极电流的（变大）。

（第二个空填”变大”，”变小”或”不变”）12、高频小信号电压是指信号电压是指信号电压的振幅小于（KT/q）；高频小信号通常是叠加在（直流偏置）上的。

13、MOSFET漏源击穿的机理有两种，一种是（漏极PN结击穿），一种是（沟道穿通）。

14、漏源交流短路的情况下，MOSFET的（沟道载流子）电荷随（栅极）电压的变化，定义为MOSFET的本征栅极电容。

15、长沟道MOSFET的跨导与沟道长度（成反比），与栅源电压（成正比），而发生速度饱和的短沟道MOSFET的跨导与沟道长度（无关）。

微电子技术基础全册习题解答第1章习题解答1．微电子学主要以半导体材料的研究为基础，以实现电路和系统的集成为目的，构建各类复杂的微小化的芯片，其涵盖范围非常广泛，包括各类集成电路（Integrated Circuit，IC）、微型传感器、光电器件及特殊的分离器件等。

2．数字集成电路、模拟集成电路、数模混合集成电路。

3．设计、制造、封装、测试。

4．微机电系统是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统及电源于一体的系统。

典型应用包括微加速度计、微磁力计、微陀螺仪等。

第2章习题解答1．（100）平面：4.83Å，（110）平面：6.83Å2．略。

3．略。

4．硅的原子密度约为5×1022/cm3，硅外层有四个价电子，故价电子密度为2×1023/cm3 5．N型掺杂杂质：P、As、Sb，P型掺杂杂质：B、Al、Ga、In6．As有5个价电子，为施主杂质，形成N型半导体7．当半导体中同时存在施主和受主杂质时，会发生杂杂质补偿作用，在实际工艺中杂质补偿作用使用的非常广泛，例如在P阱结构中制备NMOS管8．理想半导体假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。

理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。

理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。

9．费米能级用于衡量一定温度下，电子在各个量子态上的统计分布。

数值上费米能级是温度为绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级。

10．状态密度函数表示能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数。

11．费米-狄拉克概率函数表示热平衡状态下电子（服从泡利不相容原理的费米子）在不同能量的量子态上统计分布概率。

12．1.5k0T：费米函数0.182，玻尔兹曼函数0.2334k0T：费米函数0.018，玻尔兹曼函数0.018310k0T：费米函数4.54×10-5，玻尔兹曼函数4.54×10-513．所以假设硅的本征费米能级位于禁带中央是合理的14．假设杂质全部由强电离区的E FN D=1019/cm3；E F=E c-0.027eV15．未电离杂质占的百分比为得出：T=37.1K16．本征载流子浓度：1013/cm 3，多子浓度： 1.62×1013/cm 3，少子浓度：6.17×1012/cm 3，E F -E i =0.017eV17．*pC V 0i F *n 3ln 24m E E k T E E m +==+，当温度较小时，第二项整体数值较小，本征费米能级可近似认为处于禁带中央。

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t b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I E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：I ES（）I CS；I CBO（）I CEO；BV CBO（）BV CEO；BV EBO（）BV CBO（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“=”）。

课后习题答案1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学中又是用什么方法来描述的？解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。

然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。

因此，经典物理无法准确描述电子的状态。

在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率和波矢 k 建立联系的，即E hhp n kc上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率和波矢k。

1.2量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？解：波函数是空间和时间的复函数。

与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。

如果用r , t 表示粒子的德布洛意r ,t 2r , t 表示波的强度，那么，t 时刻在 r 附近的小体积元波的振幅，以r ,tx y z 中检测到粒子的概率正比于2r ,t x y z 。

1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。

解：如图 1.3 所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大(6~7eV) ，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能导电。

半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。

所以半导体在室温下就有一定的导电能力。

而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。

1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。

由此产生的载流子称为本征载流子。

本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，n0 p0 n i。

对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为2n0 p0 N C N V eE g kT n i式中， N C，N V以及 Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。

1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？解：当半导体中掺入施主杂质后，在其导带底的下方，距离导带底很近的范围内可以引入局域化的量子态能级。

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……电子科技大学二零XX 至二零XX 学年第X 学期期终考试模拟集成电路原理课程考试题 A 卷（120分钟）考试形式：开卷考试日期20XX 年月日课程成绩构成：平时10 分，期中0 分，实验10 分，期末80 分一二三四五六七八九十合计一．选择题（共20题，每题2分，共40分）1.对于MOS管, 当W/L保持不变时, MOS管的跨导随漏电流的变化是( B )A. 单调增加B. 单调减小C. 开口向上的抛物线D.开口向下的抛物线.2. 对与MOS器件,器件如果进入饱和区, 跨导相比线性区将( A )Ａ增加 B.减少 C不变 D 可能增加也可能减小3. 在W/L相同时, 采用”折叠”几何结构的MOS管较普通结构的MOS管, 它的栅电阻( C )A 增大B 不变C 减小D 可能增大也可能减小4. 关于衬底PNP,下列说法正确的是( A )A．所有衬底PNP集电极电压必须相同.B．所有衬底PNP发射极电压必须相同.C．所有衬底PNP基极电压必须相同.D．所有衬底PNP各个电极电压可以任意设定5. 对于扩散电阻, 其宽度越大, 则电阻值越易做得( A )A 精确, B误差大, C 误差可大可小, D电阻间的相对误差大.6. 室温下, 扩散电阻阻值的温度系数为( A )A 正, B零, C负, 可正可负7.在集成电路中决定互联线宽度的因素有( A )A．大电流密度限制.B．Si-Al互熔问题.C．互联线的温度系数………密………封………线………以………内………答………题………无………效……D．是否形成欧姆接触.8. 套筒式共源共栅运放和折叠式共源共栅运放相比, 它的( B )较大些A. 最大电压输出摆幅B. 差模增益C. 极点频率D.功耗9.在版图设计上, 采用比例电阻和比例电容的设计可以( C )A. 提高电阻或电容自身的绝对精度,B. 提高电阻或电容自身的相对精度,C. 减小电阻或电容间的比例误差D. 无影响10.差分对中, 不影响其共模抑制比的因素为( C )A．差分管的对称性B．电流源的交流阻抗C．输入电压幅度D．电阻R C1和R C2的对称性11. Cascode电流镜的最小输出电压V MIN(out)的值为( C )A．V ON+V TN B.2(V ON+V TN) C. 2V ON+V TN D. V ON+2V TN12.对于ED NMOS基准电压源电路, 其中的两个NMOS的工作状态为( A )A, 都是饱和区B. 一个是饱和区, 一个是线性区C 都是线性区D都是亚阈值区13正偏二级管正向压降具有( B )温度特性.A . 零 B. 负 C. 正 D. 可正可负14. MOS共栅放大器的特点是( D )A．放大器输入输出反相, 输入阻抗高B．放大器输入输出同相, 输入阻抗高………密………封………线………以………内………答………题………无………效……C．放大器输入输出反相, 输入阻抗低D．放大器输入输出同相, 输入阻抗低15. 电路的主极点是( D )A离原点最远的极点, 它对应电路的-3dB带宽B 离原点最远的极点, 它对应电路的单位增益带宽C离原点最近的极点, 它对应电路的单位增益带宽D.离原点最近的极点, 它对应电路的-3dB带宽16.在CMOS差分输入级中, 下面的做法哪个对减小输入失调电压有利( C )A．增大有源负载管的宽长比.B．提高静态工作电流..C．增大差分对管的沟道长度和宽度D．提高器件的开启(阈值)电压17.在差分电路中, 可采用恒流源替换”长尾”电阻. 这时要求替换”长尾”的恒流源的输出电阻( A )A．越高越好, B.越低越好 C. 没有要求D. 可高可低18. 和共源极放大器相比较, 共源共栅放大器的密勒效应要( A )A.小得多B相当, C 大得多. D不确定19.在版图设计上, 采用比例电阻和比例电容的设计可以( C )A. 提高电阻或电容自身的绝对精度,B. 提高电阻或电容自身的相对精度,C. 减小电阻或电容间的比例误差D. 无影响20.对于差分对的版图设计下列（ D ）图最优.………密………封………线………以………内………答………题………无………效……二． 简答题（共5题，每题4分， 共20分）1. 画出共源共栅放大器基本结构, 简述其工作原理及特点.答:基本原理：M1为输入器件，M2为共源共栅器件，共源级M1将输入电压信号Vin 转换为电流信号g m Vin ，该电流信号流入M2漏端，从其源端输入到负载。

《微电⼦器件原理》复习题课件考试时间： (第⼗周周⼆6-8节)考试地点：待定《微电⼦器件原理》复习题及部分答案⼀、填空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V T产⽣影响，具体地，对于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。

3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE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V B>6E g/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1、Early电压V A；答案：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。

4、雪崩击穿答案：反偏PN中，载流⼦从电场中获得能量；获得能量的载流⼦运动与晶格相碰，使满带电⼦激出到导带，通过碰撞电离由电离产⽣的载流⼦（电⼦空⽳对)及原来的载流⼦⼜能通过再碰撞电离,造成载流⼦倍增效应，当倍增效应⾜够强的时候，将发⽣“雪崩”——从⽽出现⼤电流，造成PN结击穿，此称为“雪崩击穿”。

5、简述正偏PN结的电流中少⼦与多⼦的转换过程。

答案：N型区中的电⼦,在外加电压的作⽤下,向边界Xn漂移,越过空间电荷区,在边界Xp形成⾮平衡少⼦分布,注⼊到P区的少⼦,然后向体内扩散形成电⼦扩散电流,在扩散过程中电⼦与对⾯漂移过来的空⽳不断复合,结果电⼦扩散电流不断转为空⽳漂移电流.空⽳从P区向N区运动也类同.6、太阳电池和光电⼆极管的主要异同点有哪些？答案：相同点：都是应⽤光⽣伏打效应⼯作的器件。

第1章pn结二极管一、填空题1、双极型晶体管（BJT）、晶闸管2、整流、检波、开关、振荡、发光、检测光3、耗尽4、xn = [ 2εsε0 Vbi / (q N D) ]1/25、R=qI S/kT6、自建电场，零，少7、Cj = [ qεN A N D / ( N A + N D ) ]1/2 ( Vbi –V )-1/2耗尽层；增大；减少；非线性8、掺杂浓度、内建电势、杂质浓度9、410、电中性的，小注入、耗尽层、复合中心11、单向、扩散、反向饱和12、增加、升高、降低13、扩散、产生、复合14、加速、扩散系数、减小、减小15、Gd + jωCd、少、扩散、扩散电导、扩散电容16、扩散电容Cd、增大、ωτ、大、小、低17、rd =qI F/kT，串联电阻、低18、截止19、越长，越多20、开启（导通）、关断、低、高21、a）减短少数载流子寿命；b）减短基区的长度；c）在线路上, 使IF 减小, 使IR增大；d）彻底避免电荷存储22、隧道击穿、雪崩击穿23、量子隧穿效应、掺杂浓度势垒区中的电场、势垒高度、势垒厚度24、低、窄25、隧道、雪崩、隧道、雪崩26、热载流子、M→∞、雪崩倍增渡越时间、雪崩倍增光电27、隧道、简并28、多29、热发射、扩散、大、低、多30、半导体高掺杂或(和)选取低势垒的M-S接触。

二、简答题1、示意画出（在热平衡时）n – i - n+结的电场的分布图和能带图；2、通过p-n结二极管的电流主要是少数载流子电流还是多数载流子电流？答：少数载流子3、室温下，两个理想p+n突变结二极管除杂质浓度以外都完全相同，其中杂质浓度N D1=1015cm-3，=1016cm-3。

比较两个二极管的I-V特性，在同一坐标系中画出二者的特性。

N D1N D2N D2N D14、比较Ge、Si和GaAs的实际伏安特性的差异。

5、Si p-n结的反向电流随着温度的升高而增大, 是否是因为势垒区中深能级中心的产生电流增加的缘故?答：在较低温的情况下，产生电流随温度增加而增大，从而影响反向电流。

第一章思考题：1.1简单解释原子能级和晶体能带之间的联系和区别。

答：在孤立原子中，原子核外面的电子受到这个原子核所带正电荷的作用，按其能量的大小分布在不同的电子轨道上绕核运转。

原子中不同轨道上电子能量的大小用彼此有一定间隔的横线段组成的能级图来表示（见图1.1b）。

能级的位置越高，表示该能级上电子的能量就越大。

原子结合成晶体后，一个原子核外的电子除了受到这个原子核所带正电荷以及核外电子所带负电荷的作用以外，还要受到这个原子周围其它原子所带正负电荷的作用。

也就是说，晶体中的电子是在原子核的正电荷形成的周期性势场中作如图1.1（a）中箭头所示的共有化运动。

正因为如此，原来描述孤立原子中电子能量大小的能级就被分裂成为一系列彼此相距很近的准连续的能级，其形状好似一条条反映电子能量大小的带子，故称之为能带，见图1.1（b）。

1.2以硅为例，解释什么是施主杂质和施主能级？什么是受主杂质和受主能级？答：以硅为例，见图1.2（a），如果在单晶硅中掺入Ⅴ族元素的杂质磷（P+），磷原子()P将取代Ⅳ族的硅(Si)原子的位置而成为所谓的施主杂质。

因为磷原子外层有五个价电子，它和周围的四个硅原子形成共价键后还多出一个电子，这个多余的电子受到磷原子核的微弱束缚力而绕着该原子核做一定半径的圆周运动，它只需要吸收很小的能量（百分之几个电子伏特）就能挣脱磷原子核的束缚而成为可以在整个晶体中运动的准自由电子，原来的磷原子则成为了磷离子()+P，称之为正电中心。

从电子能量大小的观点来看，导带底能量E C表示导带中速度为零的电子所具备的能量，而没有被热（或光）激发、仍然绕磷原子核运转的电子处于束缚态，其能量应低于导带底能量C E 。

用能级图来表示，该电子所在的能级应在C E 下方并且非常靠近C E 的地方，一般用短的横线表示。

我们称这一能级为施主能级，用D E 表示。

又称能够向能带提供施主能级的杂质为施主杂质。

同样，见图1.2(b)。