半導(dǎo)體器件總復(fù)習(xí)

1、雪崩擊穿電子和空穴受到強(qiáng)電場作用，向相反的方向加速運(yùn)動，獲得很大的動能和很高的速度，就會發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生電子空穴對。電子和空穴還會繼續(xù)發(fā)生碰撞，產(chǎn)生下一代載流子。如此繼續(xù)下去，載流子的數(shù)量大量增加，這種產(chǎn)生載流子的方式稱為載流子的倍增。當(dāng)反向電壓增大到一數(shù)值時，載流子的倍增如同雪崩現(xiàn)象一樣，載流子迅速增多，使反向電壓急劇增大，從而產(chǎn)生了 PN結(jié)的擊穿，稱為雪崩擊穿。緩變基區(qū)的自建電場（NPN 晶體管）緩變基區(qū)晶體管的基區(qū)存在雜質(zhì)濃度梯度，基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）相應(yīng)具有相同的濃度分布梯度，這將導(dǎo)致雜質(zhì)向濃度低的方向擴(kuò)散，空穴一旦離開，基區(qū)的電中性將被破壞。為了維持電中性，必然在基區(qū)中產(chǎn)生一個

2、電場，使空穴反方向的漂移運(yùn)動來抵消空穴的擴(kuò)散運(yùn)動，這個電場稱為緩變基區(qū)的自建電場。JFET的本征夾斷電壓 Upo當(dāng)柵壓Ugs增至耗盡層寬度時，成為全溝道夾斷，溝道電導(dǎo)下降為零，定義使導(dǎo)電溝道消失所加的柵-源電壓為夾斷電壓 Up,此時，柵結(jié)上相應(yīng)總電勢差稱為本征夾斷電壓Upoo簡要說明平衡PN 結(jié)的空間電荷區(qū)是如何形成的（5 分） 。p 型和 N 型半導(dǎo)體接觸，由于在界面處存在著電子和空穴的濃度差，N 區(qū)中的電子要向p區(qū)擴(kuò)散，p 區(qū)中的空穴要向N 區(qū)擴(kuò)散。這樣，對于p 區(qū)，空穴離開后，留下了不可動的帶負(fù)電荷的電離受主，這些電離受主在pN 結(jié)的 p 區(qū)側(cè)形成了一個負(fù)電荷區(qū)；（ 2 分）同樣，在 N

3、 區(qū)由于失去電子而出現(xiàn)了由不可動電離施主構(gòu)成的正電荷區(qū)。（ 2 分）通常，把pN 結(jié)附近的這些電離施主和電離受主所帶的電荷稱為空間電荷，它們所在的區(qū)域稱為空間電荷區(qū)。 （ 1 分）2雙極型晶體管的基區(qū)寬變效應(yīng)及其對晶體管管特性的影響？（5 分）當(dāng)晶體管的集電結(jié)反向偏壓發(fā)生變化時，集電結(jié)空間電荷區(qū)寬度Xmc也將發(fā)生變化，所以，有效基區(qū)寬度也隨著發(fā)生變化。（ 2 分）這種由于外加電壓變化，引起有效基區(qū)寬度變化的現(xiàn)象稱為基區(qū)寬變效應(yīng)。（ 2 分）影響：使輸出特性曲線向上傾斜，輸出電流增加，電流放大系數(shù)增大。（1 分 ）簡要說明如何提高雙極型晶體管特征頻率參數(shù)fT ？（5 分）（ 1 ）減小基區(qū)寬度，

4、并采用擴(kuò)散基區(qū)，其中減小基區(qū)的寬度是關(guān)鍵。為了得到小的基區(qū)寬度，就必須采用淺結(jié)擴(kuò)散。（ 2 分）（ 2）盡量減小發(fā)射結(jié)面積。（ 1 分）（ 3）基區(qū)擴(kuò)散的薄層電阻大些，即濃度低些。（ 1 分）（ 4）減小集電結(jié)面積，適當(dāng)降低集電區(qū)電阻率。（ 1 分）4何為強(qiáng)反型?并用能帶進(jìn)行表示（ 5 分）用能帶表示強(qiáng)反型是指表面積累的少子濃度等于甚至超過襯底多數(shù)載流子濃度的狀態(tài)。為，能帶彎曲到表面勢等于或大于2倍費(fèi)米勢的狀態(tài)。（3分）用Us表示表面勢，WF表示費(fèi)米勢，則Us 2 f2（Ei EF）q其中，Ei和Ef分別為本征與雜質(zhì)費(fèi)米能級。（2分）5. MOS管的溝道夾斷及其對電流特性的影響。當(dāng)漏一源電壓增

5、加到漏端絕緣層上的有效電壓低于表面強(qiáng)反型所需的閾值電壓UT時，漏端絕緣層中的電力線將由半導(dǎo)體表面耗盡區(qū)中的空間電荷所終止，（2分）漏端半導(dǎo)體表面的反型層厚道為0,溝道消失（被夾斷），而只剩下耗盡區(qū)，這就稱為溝道夾斷。（2分）對電流的影響：漏電流進(jìn)入飽和，不隨漏電壓變化。（1分）綜合題（共15分）對于一個增強(qiáng)型 NMOS管，（1）給出襯底和溝道中的載流子類型；（2分）（2）畫出增強(qiáng)型 NMOS管輸出特性曲線；（3分）（3 ）給出線性區(qū)飽和區(qū)的漏 -源電流方程。（5分）（4）根據(jù)飽和區(qū)的漏-源電流方程和交流小信號增量參數(shù)跨導(dǎo)定義，推導(dǎo)出飽和區(qū)的跨導(dǎo)，并表示為漏電流的表達(dá)式。（5分）（1）襯底為P型

6、，溝道中的載流子類型為電子；（2分）圖Ih1 D三極管區(qū)：飽和區(qū)VT"-V GS3（3分）12戔性區(qū)：I DS (U gs U t )U ds U ds(2 分)2W,八、其中 COX n ( 1分)一 12飽和區(qū) Ids 2 (Ugs Ut)2(2 分)（4）跨導(dǎo)的定義gm -J-D(2分)U GS Uds C，12、- (Ugs Ut)2(U GS U T)d2 IDS (3 分)1 DS 2U GSU GS一個硅 P+N結(jié)(單邊突變結(jié))的P+區(qū)的雜質(zhì)濃度為1X1019cm-3, N區(qū)雜質(zhì)濃度為為1M016cm-3 ,其中硅的 s 11.8 ,_14_1030 8.85 10 F

7、 /cm , ni 1.5 10 cm 勢壘區(qū)的寬度q 1.6 10 19, T 300K(1)求平衡PN結(jié)的接觸電勢差UD ; (2分)(2)求P+N結(jié)的最大雪崩擊穿電壓；(2分)(3)在反向偏壓10伏時，求出勢壘區(qū)的寬度和最大電場強(qiáng)度，畫出電場強(qiáng)度的分布。(1)UdkTNdNaln2-q ni0.0261n19161 101 10(1.51010)2(2分)0.278V(2)Ub6 1013Nd3/4 61013 (1016)3/4 60V(2分)Xm1/22 s 0(Ud U)N°q1.58 104cm 1.582 8.85141/210 14 11.8 (0.28 10)16

8、-Z-19101.6 10分)最大電場強(qiáng)度1N°qXm2N°q(UD U) 2EM(2分)2 1 1016 1.6 10 19 (0.28 10)11.8 8.85 10 14_ 5_ 71.77 10 V/cm 1.77 10V/mPN結(jié)的擴(kuò)散電容(1分)擴(kuò)散區(qū)就要積累更多的非平衡載流當(dāng)PN結(jié)的正向電壓加大時，為了使正向電流隨著增大,PN結(jié)也可等效成一子。而當(dāng)PN結(jié)的正向電壓減小時，為了使正向電流隨著減小，積累在擴(kuò)散區(qū)的非平衡載流 子就要減小。顯然，在擴(kuò)散區(qū)中積累電荷也隨著外加電壓而改變，因而 個電容，這個電容稱為 PN結(jié)的擴(kuò)散電容。雙極型晶體管的高頻優(yōu)質(zhì)Gpmf2 fM

9、2 一, Gpm f 2稱為晶體管的高頻優(yōu)值，也稱為功率增益一帶寬積，全pm pm8 rbCc面反映了晶體管的頻率和功率性能，優(yōu)值越高，晶體管的頻率和功率性能越好。MOS場效應(yīng)晶體管的溝道夾斷當(dāng)MOS場效應(yīng)晶體管的漏一源電壓增加到漏端絕緣層上的有效電壓低于表面強(qiáng)反型所需的閾值電壓UT時，漏端絕緣層中的電力線將由半導(dǎo)體表面耗盡區(qū)中的空間電荷所終止，漏端半導(dǎo)體表面的反型層厚道為 0,溝道消失（被夾斷），而只剩下耗盡區(qū)，這就稱為溝道夾斷。畫出pn結(jié)的能帶圖，標(biāo)出空間電荷區(qū)接觸電勢差，寫出接觸電勢差的表達(dá)式。（5分）koT , Nd Na（2分）ln2 q n晶體管要具有放大能力，必須滿足的條件？（以

10、NPN晶體管說明）（5分）。（1）發(fā)射區(qū)高摻雜，能發(fā)射大量的電子；（1分）（2）基區(qū)低摻雜且基區(qū)寬度窄，減少電子的復(fù)合損失；（2分）（3）發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射電子；（1分）（4）集電結(jié)反偏，收集電子。（1分）雙極型晶體管的特征頻率 fT?實(shí)際測量工作中，如何測量特征頻率fT ? （5分）是當(dāng)共基極交流電流放大系數(shù)3下降到1時所對應(yīng)的頻率，是晶體管具有電流放大作用的最高頻率極限。（2分）根據(jù)公式 懺of f，在實(shí)際測量 片時，并不需要去測量1時的頻率，而只要在比f大得多的任何一頻率 f下（比小得多）測量出 ，二者的乘積就是特征頻率fT簡要說明MOS管的分類及其特點(diǎn)（襯底、漏源區(qū)、溝道載流子、閾值電壓

11、） 。（5分）MOS管的分為4類：N溝增強(qiáng)型、N溝耗盡型、P溝增強(qiáng)型、P溝耗盡型。（1分）襯底漏源區(qū)溝道載流子漏源電壓閾值電壓n溝增強(qiáng)型nN +電子正>0n溝耗盡型nn+電子正<0P溝增強(qiáng)型PP+空穴負(fù)<0P溝耗盡型PP+空穴負(fù)>0MOS管的溝道長度調(diào)制效應(yīng)及其對MOS管特性的影響。（5分）溝道長度調(diào)制效應(yīng)：漏-源飽和電流隨著溝道長度的減小（由于Uds的增大，漏端耗盡區(qū)擴(kuò)展所致）而增加的效應(yīng)稱為溝道長度調(diào)制效應(yīng)。（3分）影響：這個效應(yīng)使 MOS管的輸出特性曲線明顯發(fā)生傾斜，輸出阻抗降低。（2分）計(jì)算題（共10分）對于一個理想N的MOS場效應(yīng)晶體管，襯底的摻雜濃度Na=1

12、 1015cm-3,當(dāng)柵氧化層厚度為toxi時，它的閾值電壓為 5V,如果柵氧化層厚度變?yōu)?2 toxi時，求：（1）此時的閾值電壓 Ut； （6分）（2）若Ugs=15V時，求它的飽和漏源電壓 UDsat。（2分）發(fā)射效率是注入基區(qū)的電子電流 In（X2）與發(fā)射機(jī)電流Ie的比值。即有In（X2）0 Ie緩變基區(qū)晶體管的自建電場基區(qū)存在著雜質(zhì)濃度梯度， 基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）相應(yīng)地具有相同的濃度分布梯度，這將導(dǎo)致空穴向濃度低的方向擴(kuò)散，空穴一旦離開，基區(qū)中的電中性將被破壞。為了維持電中性，必然會在基區(qū)中產(chǎn)生一個電場，使空穴做反方向的漂移運(yùn)動來抵消空穴的擴(kuò)散運(yùn)動。為了維持基區(qū)的電中性而產(chǎn)生的電

13、場，稱為緩變基區(qū)的自建電場Ebo晶體管的特征頻率隨著頻率的增加，晶體管的共發(fā)射電流放大系數(shù)下降到1時對應(yīng)的頻率。特征頻率反映了晶體管的高頻性能：當(dāng)頻率低于特征頻率時，大于1,晶體管具有電流放大作用，否者，晶體管不具有電流放大作用。影響雪崩擊穿電壓的因素（1）雜質(zhì)濃度對擊穿電壓的影響(2)雪崩擊穿電壓與外延層厚度的關(guān)系(3)擴(kuò)散結(jié)深對擊穿電壓的影響(4)表面狀態(tài)對擊穿電壓的影響晶體管的載流子傳輸過程，可以簡單總結(jié)為？(以 NPN晶體管說明) (5分)。(1)發(fā)射結(jié)發(fā)射電子，電子穿過發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū)-發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子；(2)電子穿越基區(qū)-基區(qū)傳輸電子；(3)電子穿越集電結(jié)，被集電極收集 -集電極

14、收集電子基區(qū)寬變效應(yīng)及其對晶體管的電流放大系數(shù)和輸出特性曲線的影響，并解釋原因？(1)基區(qū)寬變效應(yīng)當(dāng)晶體管的集電結(jié)反向偏壓發(fā)生變化時，集電結(jié)空間電荷區(qū)寬度也將發(fā)生變化，所以，有效基區(qū)寬度也隨著發(fā)生變化。這種由于外加電壓變化，引起有效基區(qū)寬度變化的現(xiàn)象稱為基 區(qū)寬變效應(yīng)。(2)影響在晶體管的輸出曲線族上，表現(xiàn)為曲線隨著外加電壓增加而傾斜上升。因?yàn)椋娊Y(jié)反向偏壓增加時，耗盡層擴(kuò)大，并有部分向基區(qū)擴(kuò)展，使有效基區(qū)寬度減小, 從而引起電流放大系數(shù)增大，特性曲線向上傾斜上升。根據(jù)交流小信號增量參數(shù)跨導(dǎo)和漏電導(dǎo)的定義，分別推導(dǎo)出在線性區(qū)和飽和區(qū)的跨導(dǎo) 和漏電導(dǎo)。(1)線性區(qū)12I Ds ( U GS U

15、t)UdS - U Dsc W其中Cox n L-當(dāng)Uds較小時，Uds的高次方項(xiàng)可以忽略，簡化I Ds (U GS UT )U DS成線性關(guān)系。飽和電流I DsatUgs Ut2(2)跨導(dǎo)跨導(dǎo)是反映外加?xùn)艠O電壓的變化量控制漏-源電流變化量的能力，定義為gm1 DSUGSUds C線性區(qū) 電流求導(dǎo)可以得出gml U DS飽和區(qū)電流求導(dǎo)可以得出g msU DSat(Ugs Ut)漏-源輸出電導(dǎo)gdI DS gdlUdsUgs C線性區(qū) 當(dāng)Uds較小時，線性工作區(qū)Ids中的U2ds項(xiàng)可以忽略，對電流求導(dǎo)可以得出gdl(UGS U T)飽和區(qū)在理想情況下，若不考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)，Ids與Uds無關(guān)

16、，所以:gds 0MOS管的漏極對溝道的靜電反饋?zhàn)饔卯?dāng)UDS增大時，漏端N+區(qū)內(nèi)束縛的正電荷增加， 漏端耗盡區(qū)中的電場強(qiáng)度增加，一些電力 線會終止在溝道中。這樣， N型溝道中電子濃度必須增大，從而溝道的電導(dǎo)增大，這就是漏極對溝道的靜電反饋?zhàn)饔谩? 分）簡要說明正向PN 結(jié)的電流轉(zhuǎn)換機(jī)理，并畫出示意圖圖 2.14， （ 1 分）N 型區(qū)中的電子，在外加電壓的作用下，向邊界XN 漂移，越過空間電荷區(qū)，經(jīng)邊界XP 注入到 P 區(qū)，然后向前擴(kuò)散形成電子擴(kuò)散電流。在擴(kuò)散區(qū)域Ln 中，電子邊擴(kuò)散、邊復(fù)合，不斷與從右邊漂移過來的空穴復(fù)合而轉(zhuǎn)化為空穴漂移電流，直到處注入的電子全部復(fù)合掉，電子的擴(kuò)散電流完全轉(zhuǎn)換

17、成空穴的漂移電流。（ 2 分） 。 對于 P 型區(qū)中的空穴，原理相同?？傊?，擴(kuò)散區(qū)中的少子擴(kuò)散電流通過復(fù)合轉(zhuǎn)換為多子漂移電流（2 分）根據(jù)對電流放大系數(shù)3的分析，說明如何提高晶體管電流放大系數(shù)3?其中最主要的是哪個？ （ 5 分） 。（ 1 ）提高發(fā)射區(qū)的摻雜濃度，增大正向注如電流；（ 1 分）（ 2）減小基區(qū)寬度，減小復(fù)合電流；（ 1 分）（ 3）提高基區(qū)雜質(zhì)分布梯度，以提高電場因子；（ 1 分）（ 4）提高基區(qū)載流子餓壽命和遷移率，以增加載流子的擴(kuò)散長度。（ 1 分）最主要的是減小基區(qū)的寬度，減小復(fù)合電流。（ 1 分）對于雙極型晶體管，在交流小信號傳輸過程中，增加了四個信號電流損失的途徑：

18、（ 1 ）發(fā)射結(jié)發(fā)射過程中的勢壘電容充放電電流；（ 2）基區(qū)輸運(yùn)過程中擴(kuò)散電容充放電電流；（ 3）集電結(jié)勢壘區(qū)渡越過程中的衰減；（ 4）集電區(qū)輸運(yùn)過程中對集電結(jié)勢壘電容充放電電流。MOS 管的的閾值電壓受那些因素的影響？其中最主要的是哪個？（1）柵SiO2厚度對閾值電壓的影響（2）功函數(shù)差ms的影響（3）表面態(tài)電荷密度 Qss的影響（ 4）襯底雜質(zhì)濃度的影響最主要的：柵SiO 2厚度對閾值電壓的影響。（ 1 分）PN 結(jié)擴(kuò)散電容當(dāng) PN 結(jié)的正向電壓加大時，為了使正向電流隨著增大，擴(kuò)散區(qū)就要積累更多的非平衡載流子。 （ 1 分） 而當(dāng) PN 結(jié)的正向電壓減小時，為了使正向電流隨著減小，積累在擴(kuò)

19、散區(qū)的非平衡載流子就要減小。（ 2 分）顯然，在擴(kuò)散區(qū)中積累電荷也隨著外加電壓而改變，因而 PN 結(jié)也可等效成一個電容，這個電容稱為PN 結(jié)的擴(kuò)散電容。（ 2 分）MOS 管的溝道夾斷當(dāng)漏一源電壓增加到漏端絕緣層上的有效電壓低于表面強(qiáng)反型所需的閾值電壓UT時，漏端絕緣層中的電力線將由半導(dǎo)體表面耗盡區(qū)中的空間電荷所終止，漏端半導(dǎo)體表面的反型層厚道為0， （ 3 分）溝道消失（被夾斷），而只剩下耗盡區(qū)，這就稱為溝道夾斷。（ 2 分）簡要說明如何PN 結(jié)（二極管）的開關(guān)速度？（ 5 分） 。影響 PN 結(jié)開關(guān)速度的關(guān)鍵因素是反向恢復(fù)時間，它的內(nèi)因在于非平衡載流子的儲存效應(yīng)。因此，提高二極管開關(guān)速度就

20、要（1）減小儲存電荷量，（ 2）加快儲存電荷的消失。（ 1 分）（ 1 ）減小正向?qū)〞r非平衡載流子的儲存量減小的方法：（ 1）減小正向電流；（ 2）降低區(qū)電子的擴(kuò)散長度。（ 2 分）（ 2）加快儲存電荷消失過程加快儲存電荷消失的方法：（ 1）增大初始反向電流，即要求增大，減?。唬?2）減小區(qū)的電子壽命，加快電子的復(fù)合速度。（ 2 分）雙極型晶體管的基區(qū)寬變效應(yīng)及其對晶體管管特性的影響？（ 5 分）當(dāng)晶體管的集電結(jié)反向偏壓發(fā)生變化時，集電結(jié)空間電荷區(qū)寬度Xmc 也將發(fā)生變化，所以，有效基區(qū)寬度也隨著發(fā)生變化。（ 2 分）這種由于外加電壓變化，引起有效基區(qū)寬度變化的現(xiàn)象稱為基區(qū)寬變效應(yīng)。（ 2

21、分）影響：使輸出特性曲線向上傾斜，輸出電流增加，電流放大系數(shù)增大。（ 1 分）簡要說明如何提高雙極型晶體管特征頻率參數(shù)fT ？ （ 5 分）（ 1 ）減小基區(qū)寬度，并采用擴(kuò)散基區(qū)，其中減小基區(qū)的寬度是關(guān)鍵。為了得到小的基區(qū)寬度，就必須采用淺結(jié)擴(kuò)散。通常，對于同一型號的晶體管，較大（基區(qū)寬度比較?。┑木w管，其特征頻率也比較高，這正好說明了這些晶體管的基區(qū)寬度比較小。（ 2 分）（ 2）盡量減小發(fā)射結(jié)面積。（ 1 分）（ 3）基區(qū)擴(kuò)散的薄層電阻大些，即濃度低些。（ 1 分）（ 4）減小集電結(jié)面積，適當(dāng)降低集電區(qū)電阻率。（ 1 分）對于一個增強(qiáng)型NMOS 管，（ 1 ）給出襯底和溝道中的載流子類型

22、；（ 2 分）（2）畫出增強(qiáng)型 NMOS管輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線；（4分）（3 ）給出線性區(qū)和飽和區(qū)的漏 -源電流方程。（4分）（4）根據(jù)飽和區(qū)的漏-源電流方程和交流小信號增量參數(shù)跨導(dǎo)定義，推導(dǎo)出飽和區(qū)的跨導(dǎo)，并表示為漏電流的表達(dá)式。(5分)一V GS3(2分)(3)線性區(qū)：I 口S (U gs U t )U ds其中Cox n T12飽和區(qū) Ids 2 (Ugs Ut)2(4)跨導(dǎo)的定義gm上 UGS Uds C(2分)1UDS2(2 分)2(2分)(2分)（1）襯底為P型，溝道中的載流子類型為電子；（2分）圖I1 D三極管區(qū) :飽和區(qū)(2),12、I - (Ugs Ut) gms 巴-

23、 (U gs Ut)2 IdsU GSU GS1xi019cm-3, N區(qū)雜質(zhì)濃度為為一個硅 P+N結(jié)（單邊突變結(jié)）的P+區(qū)的雜質(zhì)濃度為ix|016cm-3 ,其中硅的 s 11.8 ,_14_1030 8.85 10 F /cm , ni 1.5 10 cm 319q 1.6 10, T 300K（1）在反向偏壓10伏時，求出勢壘區(qū)的寬度和最大電場強(qiáng)度。（5分）（2）在正向偏壓0.6伏時，給出在空間電荷區(qū)N區(qū)邊界的少子濃度并判斷是大注入還是小注入。（5分）勢壘區(qū)的寬度Xm1/22 s 0（Ud U）N°q1/22 8.85 1011.8 （0.28 10）1016 1.6 10 1

24、91.58 104cm 1.58 m分）最大電場強(qiáng)度 1N°qXm2N°q（UD U）EMs 0s 012 1 1016 1.6 10 19 （0.28 10） 211.8 8.85 10 14（2分）（2）Pn0Pn Xn_ 51.77 10 V/cm1.77 107V/m210、2ni（1.5 10 ）16161 101 102.25 104（1分）qu0.6Pn°ek0T2.25 104 e0026 2.37 1014cm3（3分）R(Xn)Nd,所以是小注入。（1分）計(jì)算題(共10分)一個均勻基區(qū)硅 NPN晶體管，已知發(fā)射系數(shù)0.99,集電結(jié)擊穿電壓 BU

25、CB0 150V,基區(qū)寬度 Wb 18.7 m ,以及基區(qū)中電子的壽命2 .nb 1s,擴(kuò)散系數(shù)Dn 35cm /s,忽略發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合和基區(qū)表面復(fù)合，計(jì)算:(1)求，0和 ；(6分)求BUceo ； （4分）(1)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)1 0.05 0.95 （3 分）Wb2 彳Wb2彳（18.7 10 4）22162Lnb2Dn nb 2 35 10電流放大系數(shù)* 一 一_ _ _ 一 一0.99 0.95 0.945115.6（3分）（2）BUceo與BUcbo的關(guān)系為bucBoBUceo - CB0n1（2分）對于硅NPN晶體管,BUcB0BUceo 巴411504 1 15.674.5V

26、 （2 分）簡述電流放大系數(shù)與晶體管工作電流的關(guān)系，并說明原因。（5分）在小電流和大電流下，電流放大系數(shù)0都會下降。（1分）小電流時，發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合對發(fā)射系數(shù)影響和基區(qū)表面復(fù)合對輸運(yùn)系數(shù)的影響，都會導(dǎo)致o下降，隨著工作電流增加，二者的影響變小， o上升。（2分）大電流時，隨著電流的增加，大注入效應(yīng)的影響隨著工作電流增加，電流放大系數(shù)0隨工作電流下降。（2分）PN結(jié)勢壘電容在耗盡層近似的情況下，PN結(jié)空間電荷區(qū)的空間電荷密度近似等于摻雜雜質(zhì)的濃度（完全電離）。（1分）外加反向偏壓 U增加，空間電荷區(qū) Xm變寬，空間電荷量 Q增加；外加反向偏壓U減小空間電荷區(qū) Xm變窄，空間電荷量 Q減小，

27、所以空間電荷量 Q隨著外加反向偏壓U變化而變化。（3分）當(dāng)外加反向偏壓的變化時，勢壘區(qū)電荷的變化表現(xiàn)出來的電容效應(yīng)稱為PN結(jié)勢壘電容。（1分）MOS管的溝道夾斷當(dāng)MOS管的漏一源電壓增加到漏端絕緣層上的有效電壓低于表面強(qiáng)反型所需的閾值電壓Ut時，漏端絕緣層中的電力線將由半導(dǎo)體表面耗盡區(qū)中的空間電荷所終止，漏端半導(dǎo)體表面的反型層厚道為 0,溝道消失（被夾斷），（4分）而只剩下耗盡區(qū)，這就稱為溝道夾斷。（1分）簡要說明如何提高雙極型晶體管特征頻率參數(shù)fT ? （5分）（1）減小基區(qū)寬度，并采用擴(kuò)散基區(qū)，其中減小基區(qū)的寬度是關(guān)鍵。（1分）為了得到小的基區(qū)寬度，就必須采用淺結(jié)擴(kuò)散。通常，對于同一型號的

28、晶體管，較大（基區(qū)寬度比較?。┑木w管，其特征頻率也比較高，這正好說明了這些晶體管的基區(qū)寬度比較小。（1分）（2）盡量減小發(fā)射結(jié)面積。（1分）（3）基區(qū)擴(kuò)散的薄層電阻大些，即濃度低些。（1分）（4）減小集電結(jié)面積，適當(dāng)降低集電區(qū)電阻率。（1分） 計(jì)算題（共10分）對稱柵硅N-JFET的溝道為均勻摻雜，柵區(qū)為重?fù)诫s，結(jié)構(gòu)及物理參數(shù)為:1m、L 10 m、W 20 m、ND 5 1015cm 3、NA 1019 cm 3103214ni 1.5 10 cm , n 1500cm /V S、0=8.85 10 F/cm、s=11.8T 300K。(1)計(jì)算本征夾斷電壓 Upo和夾斷電壓Up； (5分

29、)(1)(2)U GS2V , Uds 3V時，計(jì)算電流Id。（5分）U poqNp 22 o sU P01.6 10 19 5 10212 8.854 10 12 11.810 12 3.83V (3 分)U BJkT1n(NA)qniU bj0.0261r1(_15_195 1015 1019L. c0 2 )(1.5 10 )0.86V分）(2)U DSatU p=U bjU P00.26 3.832.97V(2U GS Ut0.97V2V(2.97)(2分)所以:U GS2V , Uds3V時，溝道已經(jīng)夾斷(1分)W2W2工(Ugs Ut)2n WL(UGS Ut)28.854 101

30、211.8 0.15201010_ _22.97)(2分)29.5 A綜合題（共15分）對于一個增強(qiáng)型 NMOS管，(2分)（1）給出襯底和溝道中的載流子類型;(4分)（2）畫出增強(qiáng)型 NMOS管輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線;（3 ）給出線性區(qū)和飽和區(qū)的漏 -源電流方程。（4分）（4）根據(jù)飽和區(qū)的漏-源電流方程和交流小信號增量參數(shù)跨導(dǎo)定義，推導(dǎo)出飽和區(qū)的跨導(dǎo),并表示為漏電流的表達(dá)式。（5分）（1）襯底為P型，溝道中的載流子類型為電子;(2分)UTUGS（2分）（2分）（2分）（2分）(2分)(3)1戔性匚：I DS (U gs U t )U ds 二 U ds2其中Cox n WW1 2詢和區(qū)

31、I DS 2 (U GS U t)(4)跨導(dǎo)的定義gm上UGS Uds Cg msI DSU GS,12、 (U GS Ut) 2U GS(U GSUt) v12 Ids (3 分)計(jì)算題（共10分）一個均勻基區(qū)硅NPN晶體管，已知發(fā)射系數(shù)0.99,集電結(jié)擊穿電壓 BUcB0 150V,基區(qū)寬度Wb 18.7 m ,以及基區(qū)中電子的壽命2 .nb 1 s,擴(kuò)散系數(shù)Dn 35cm /s,忽略發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合和基區(qū)表面復(fù)合，計(jì)算:(1)(2)求 BUceo； (4 分)(1)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)1 W_2日(18.7 10 4)22Dnnb2 351061 0.05 0.95 (3 分)電流放大系數(shù)0

32、.990.950.94501 0.94515.6(3分)BUcB0BUCE0n 產(chǎn)(2分)對于硅NPN晶體管,BU cboBUCEO 4 1=1504 1 15.674.5V (2 分)雪崩擊穿電子和空穴受到強(qiáng)電場作用，向相反的方向加速運(yùn)動，獲得很大的動能和很高的速度，就會發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生電子一空穴對。電子和空穴還會繼續(xù)發(fā)生碰撞，產(chǎn)生下一代載流子。（2分）如此繼續(xù)下去，載流子的數(shù)量大量增加，這種產(chǎn)生載流子的方式稱為載流子的倍增。（1分）當(dāng)反向電壓增大到一數(shù)值時，載流子的倍增如同雪崩現(xiàn)象一樣，載流子迅速增多,(2分)使反向電壓急劇增大，從而產(chǎn)生了PN結(jié)的擊穿，稱為雪崩擊穿。晶體管的電流放大系數(shù)

33、與工作電流的關(guān)系如圖所示，解釋原因？（ 5分）（1）小電流時，晶體管的電流放大系數(shù)小，隨工作電流的增加而增加。這是因?yàn)樾‰娏鲿r,發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合對發(fā)射效率的影響和基區(qū)表面復(fù)合對輸運(yùn)系數(shù)的影響。（2分）（2）隨著工作電流的增加，晶體管的電流放大系數(shù)達(dá)到最大值，這是因?yàn)殡S著電流增加，基區(qū)載流子復(fù)合起主要作用， 發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合對發(fā)射效率的影響和基區(qū)表面復(fù)合的影響很小。（2分）（3）隨著電流增加，晶體管的電流放大系數(shù)下降，這因?yàn)榇笞⑷胄?yīng)影響。（1分）雙極型晶體管的共基極放大時，在Ucb 0時，Ic等不等于0?為什么？ （ 5分）在Ucb 0時，Ic不等于0。（3分）因?yàn)樵赨cb 0時，基區(qū)

34、靠集電結(jié)空間電荷區(qū)邊界處少子濃度等于平衡少子濃度，但是基區(qū)中存在少子濃度梯度，不斷有少子向集電結(jié)擴(kuò)散，為了保證該處少子濃度等于平衡濃度, 漂移通過集電結(jié)的少子必須大于從集電區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的少子，因而雖然等于0。（3分）綜合題（共15分）對于理想均勻基區(qū) NPN晶體管，正向放大時，（1）畫出少子在基區(qū)的分布圖，并給出線性近似分布的表達(dá)式；（5）（2）證明晶體管注入基區(qū)的少子電荷量為：（5分）qU be h kTBF（3）設(shè)基區(qū)寬度Wb3 m,基區(qū)載流子濃度Nb1017cm 3 ,發(fā)射結(jié)面積Ae 1 10 4cm2,基區(qū)中電子壽命nb 1 s,當(dāng)發(fā)射結(jié)偏置電壓 Ube 0.5V ,T 300K，計(jì)算基區(qū)的體復(fù)合電流 Ivb。（5分）(1)根據(jù)其中(2)QbfPN結(jié)理論，基區(qū)X2和X3處電子濃度分別為qUE/kTnb(X2) nb0eq0(X3)nb0為基區(qū)平衡少子濃度，可以得出基區(qū)電子線性分布函數(shù)為xnb(x) nbo 1 - WbqUE /kTe(2分)(2分)(1分)Wb0 nb(x)dxWb0 nboXqU 卜 / kT e E dxWb(2分)AeqWbqU BEnb(0)e kT C當(dāng)Ube=0時，注入為0,所以Q