《微电子器件原理》复习题

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。

不同点：a、太阳电池是把太阳能转换成光能的器件，光电二极管的主要作用是探测光信号；

b、太阳电池有漏电流大，结电容较大，线性区和动态范围较窄等。而光电二极管漏电流小，响应速度快，线性好和动态范围宽等优点。

c、二种器件的光谱相应也不相同，太阳电池的光谱相应应与太阳的光谱功

率分布相匹配，而光电二极管的光谱相应则应与被探测的辐射的光谱功率分布相匹配。

7、简述肖特基二极管与PN结二极管有何不同？

答案：1，SBD是多子工作的器件（应用于高度开关，影响高频特性）；

PN结是少子工作的器件。

2，两者势垒高度相同。在相同的电流条件下，SBD的电压低得多。

3，SBD工作速度比PN结快，因为PN结有存储效应。

4，二者温度效应不同，PN结正向温度比SBD高0.4mv/ ℃。

8、简述J FET与双极型晶体管，二者有何不同？

答案：

双极型三极管场效应三极管

结构NPN型N沟道P沟道

PNP

载流子多子扩散少子漂移多子漂移

输入量电流输入电压输入

控制电流控制电流源电压控制电流源

噪声较大较小

温度特性受温度影响较大较小，可有零温度系数点

输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上

静电影响不受静电影响易受静电影响

集成工艺不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成

三、分析

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

I EP，其中一部分空穴与基区的电子复合，形成基极电流的I B的主要部分，集电极接收大部分空穴形成电流I CP，它是I C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。

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。

3、画出MOS 电容的C-V 曲线,并说明半导体表面在积累态时\耗尽态\强反型态 以及V G ＝0时的C-V 特性曲线 答案：

1）V G 较大的负偏压时，分母第二项趋于零，故C/C o =1 即C=C o ,这时C-V 不随电压变化－AB 段 2）当V G 的绝对值较小时，上式分母中第二项较大，不能省略，这时C/C o 随/VG/的减小而减小－BC 段

3）V G ＝0，表面势＝0，表层电荷不存在，对能量的影响等于零，能量不向上，不向下，称为平带

4）V G ↑在耗尽状态时C Q /C o 随V G 变化情况

V G ↑时，C/C o ↓，耗尽状态时x d 随V G 增大而增大，x d 越大，则C s 越小，C/C o 随之越小，此时为CD 段

5）当外加电压增大到使表面f si φϕ2>此时耗尽层得到最大值x dm ，表面出现反型层

第二项趋于零，这时C/C o ＝1出现反型后，产生少子堆积，大量电子聚集半导体表面处，绝缘层两边堆积着电荷－EF 段

当信号频率较高时，反型层中电子的产生将跟不上高频信号的变化，即反型层中的电子的数量不能随高频信号而变，因此，高频信号时，反型层中的电子对电容没有贡献－DG 段

4、画出NPN 晶体管未加偏压及加偏压（V E =0.6V,V C =-10V 时）的能带图，并 简述设计双极型晶体管的内因要求与外电路要实现电流放大的工作条件。 答案：