南京大学半导体器件基础课程期末考试试卷-顾书林-2014.6.29

南京大学 电子科学与工程学院 全日制统招本科生

《半导体器件基础》期末考试试卷 闭卷

任课教师姓名: 顾书林

考试日期：2014年6月29日 考试时长： 2 小时 分钟

考生年级 四年级 考生专业 考生学号 考生姓名

题

一 二 三 四 五 六 总分

号

得

分

一.（20分）半导体异质结构对提高半导体器件的性能具有重要

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的作用，请回答以下问题(1)采用电子亲和能模型，忽略界面

态效应，按比例画出p-GaAs (E g=1.43ev,χ=4.07ev, δp=0.1ev)和N-Al0.3Ga0.7As

(E g=1.8ev,χ=3.74ev,δn=0.15ev)组成的异质结的平衡能带图；（2）应用能带图说明

该异质结应用在光电探测二极管上的性能优势；（3）应用能带图说明该异质结应

用在发光二极管上的性能优势；(4) 说明该异质结应用于制备GaAs基双极型器

件的性能优势。

二.（15分）基区扩展效应是双极型器件等比例缩小时必须重点

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考虑的问题，请回答以下问题(1)双极型器件等比例缩小的规

则是什么？ (2)阐述基区扩展效应的内涵，说明如何在等比例缩小过程中避免基区扩展效应的影响；(3)考虑器件所可能存在的基区扩展效应的影响，如何进行器件的优化设计？

三.（16分）短沟道效应是MOSFET器件等比例缩小时所面临

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的严重问题：（1）阐述短沟道效应的基本内涵；（2）说明器件

设计时如何避免加剧短沟道效应的影响；（3）为什么等比例缩小时必须对阈值电压进行调控，不合适的阈值电压将会导致哪些问题；（4）采用图示法及相关公式说明器件结构设计时如何对阈值电压按照器件性能要求进行有效的调控。

四.（12分）MOSFET器件中决定其电学性能的是有效沟道长

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度，而不是沟道的设计长度或栅长，请回答以下问题：

（1）有效沟道长度的物理含义是什么？它与那些参数有关？

（2）简述实验上如何获得或提取出某一个工艺线所制备的某一种MOSFET器件的有效沟道长度？

五.（25分）采用相同的工艺可将一个NFET和PFET制作在同

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一芯片以形成集成电路的核心单元CMOS反相器。

若其中NFET的C ox’＝8.6*10-7F/cm2, t ox=4nm, L=0.2µm, W=15µm, V T=1.5V, µlf=500cm2/vs.若PFET除了迁移率(200cm2/vs)和宽度以外都和NFET相同，请回答以下问题：

（1）请画出CMOS反相器的原理图, 并阐述其工作原理。

（2）采用简单模型，要获得和NFET相同的特性，PFET的沟道宽度W是多少？并求出V GS-V T=1V时的V DSAT和I DSAT

（3）若考虑速度饱和效应，NFET和PFET的V DSAT和I DSAT与简单模型的结果相差多大？用两者的比来表示，设V SAT=4*106cm/s

（4）计算考虑速度饱和效应时的器件的跨导并求出该反相器的最高工作频率（即单位电流增益为1时的工作频率）。

六.（12分）以下是世界上第一个晶体管的发明过程：“1947年11月17日，巴丁与布莱登(Walter Brattain 1902~1987)在矽表面滴上水滴，用涂了蜡

的钨丝与矽接触，再加上一伏特的电压，发现流经接点的电流增

加了！但若想得到足够的语音功率放大，相邻两接触点的距离

要接近到千分之二英吋以下。12月16日，布莱登用一块三角形塑胶，在塑胶角上贴上金箔，然后用刀片切开一条细缝，形成了两个距离很近的电极，其中，加正电压的称为射极 (emitter)，负电压的称为集极 (collector)，塑胶下方接触的n型锗晶体就是基极 (base)，构成第一个点接触电晶体 (point contact transistor)。1947年12月23日，他们更进一步使用点接触电晶体制作出一个语音放大器，该日因而成为晶体体正式发明的重大日子。”。请画出该器件平衡状态下的能带图，简述其工作原理，并进一步用你所掌握的相关知识与公式计算表明为什么巴丁与布莱登会认为“但若想得到足够的语音功率放大，相邻两接触点的距离要接近到千分之二英吋以下。”？（已知Au 在Ge表面的扩散会导致表面p型区的形成;提示：人的声音的频率波段为20Hz-20KHz，

采用一维均匀掺杂模型进行处理，设基区少子迁移率µ

pb =1000cm2/V•s。）

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