半導(dǎo)體器件與物理試題

安電子科技大學(xué)考試時(shí)間120分鐘試題(A)題號(hào)一二三四五六總分分?jǐn)?shù)1.考試形式：閉卷；2.本試卷共六大題，滿分100分。班級(jí)學(xué)號(hào)姓名 任課教師賈新章、游海龍一、(20分)名詞解釋單邊突變結(jié)大注入基區(qū)自偏壓效應(yīng)發(fā)射極電流集邊效應(yīng)⑸小信號(hào)(6)雪崩擊穿二、(16分)對(duì)PN結(jié)解連續(xù)性方程基于哪幾個(gè)基本假設(shè)得到下述I-V特性？I=A(+伯)(若T)

fp請(qǐng)說明實(shí)際伏安特性與上述表達(dá)式給出的理想伏安特性的主要差別以及導(dǎo)致這些差別的主要原因(只要求說明原因，不要求具體解釋)。三、(16分)說明實(shí)際雙極晶體管共射極電流放大系數(shù)P0隨直流工作電流IC以及偏置電壓vce變化的趨勢(shì)。繪制能表現(xiàn)這種變化趨勢(shì)的IC-VCE輸出特性曲線示意圖。⑶是哪些物理效應(yīng)導(dǎo)致p0與IC、vce有關(guān)？(只要說明是什么物理效應(yīng)，不要求解釋）四、（16分）：雙極晶體管特征頻率與晶體管結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系如下式所示:2兀（rC +一+2m^+RCeTE2Dh 2叫 ctcnbdc（1） 說明分母括號(hào)中每一項(xiàng)（注意：不是每個(gè)參數(shù)）代表什么時(shí)常數(shù);（2） 結(jié)合上述表達(dá)式，說明提高雙極晶體管特征頻率的主要措施。五、（16分）下圖是PN結(jié)隔離雙極集成電路中多發(fā)射極條NPN晶體管埋層、隔離、基區(qū)、發(fā)射區(qū)、引線孔（已填充灰色）幾個(gè)層次的版圖圖形。⑴說明采用多發(fā)射極條結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。（2）請(qǐng)?jiān)诎鎴D中標(biāo)注出埋層、隔離、基區(qū)、發(fā)射區(qū)層次的圖形。⑶說明確定發(fā)射區(qū)圖形的長(zhǎng)度和寬度、N』延層的電阻率和外延層厚度時(shí)需要考慮什么問題。六、（16分）⑴說明PN結(jié)二極管模型和模型參數(shù)描述中“面積因子”的含義以及采用“面積因子”的作用；（2）說明PN結(jié)二極管模型參數(shù)IS、RS、CJ0、TT、BV、IBV的含義。其中哪幾個(gè)參數(shù)的默認(rèn)值是0、或者無窮大？

安電子科技大學(xué)考試時(shí)間120分鐘試題(A)題號(hào)一二三四五六總分分?jǐn)?shù)1.考試形式：閉卷；2.本試卷共六大題，滿分100分。班級(jí)學(xué)號(hào).姓名 任課教師班級(jí)學(xué)號(hào).姓名 任課教師賈新章、游海龍一、(20分)名詞、符號(hào)解釋單邊突變結(jié)；若pn結(jié)面兩側(cè)為均勻摻雜，即由濃度分別為NA和ND的p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的pn結(jié)，稱為突變結(jié)。若一邊摻雜濃度遠(yuǎn)大于另一邊摻雜濃度，即Na>>Nd或Nd>>Na，這種pn結(jié)稱為單邊突變結(jié)。大注入：注入的非平衡載流子濃度與平衡多子濃度相比擬甚至大于平衡多子濃度的情況稱為大注入?；鶇^(qū)自偏壓效應(yīng)：基區(qū)電流水平流過基區(qū)，在有源基區(qū)上產(chǎn)生壓降，使靠近基極條處的電勢(shì)與遠(yuǎn)離基極條處的電勢(shì)不相等，而發(fā)射區(qū)摻雜濃度較高，電勢(shì)相等，從而使EB結(jié)上壓降不相等，這種效應(yīng)是由有源基區(qū)電阻rbi引起的，稱為基區(qū)自偏壓效應(yīng)。發(fā)射極電流集邊效應(yīng)：由于基區(qū)電阻導(dǎo)致的基區(qū)自偏壓效應(yīng)，發(fā)射結(jié)面上不同位置的結(jié)壓降不相等，離基極近的部分結(jié)壓降大，注入的電流密度大。而離基極遠(yuǎn)的部分結(jié)壓降小，注入的電流密度小。如果情況嚴(yán)重，這一部分結(jié)面甚至沒有電流注入，使發(fā)射結(jié)電流集中位于離基極近的發(fā)射結(jié)邊緣處，這一現(xiàn)象稱為電流集邊效應(yīng)。小信號(hào):信號(hào)幅度很小，滿足條件V〈〈(kT/q)=26mv。雪崩擊穿：在反向偏置時(shí)，勢(shì)壘區(qū)中電場(chǎng)較強(qiáng)。隨著反向偏壓的增加，勢(shì)壘區(qū)中電場(chǎng)會(huì)變得很強(qiáng)，使得電子和空穴在如此強(qiáng)的電場(chǎng)加速作用下具有足夠大的動(dòng)能，以至于它們與勢(shì)壘區(qū)內(nèi)原子發(fā)生碰撞時(shí)能把價(jià)鍵上的電子碰撞出來成為導(dǎo)電電子，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)空穴。新產(chǎn)生的電子、空穴在強(qiáng)電場(chǎng)加速作用下又會(huì)與晶格原子碰撞轟擊出新的導(dǎo)電電子和空穴……，如此連鎖反應(yīng)好比雪崩一樣。這種載流子數(shù)迅速增加的現(xiàn)象稱為倍增效應(yīng)。如果電壓增加到一定值引起倍增電流趨于無窮大，這種現(xiàn)象叫雪崩擊穿?；鶇^(qū)穿通：集電結(jié)還未發(fā)生雪崩倍增時(shí)、集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)就已經(jīng)擴(kuò)展到了整個(gè)基區(qū)(即基區(qū)寬度減小到 0)的現(xiàn)象夾斷壓降：溝道夾斷時(shí)柵上的總電壓降(MOS結(jié)構(gòu)的)半導(dǎo)體表面強(qiáng)反型：是半導(dǎo)體表面導(dǎo)電的電子濃度等于襯底多子濃度所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)二、(16分)對(duì)PN結(jié)解連續(xù)性方程基于哪幾個(gè)基本假設(shè)得到下述I-V特性？I=A（站+忡）S-1）f p請(qǐng)說明實(shí)際伏安特性與上述表達(dá)式給出的理想伏安特性的主要差別以及導(dǎo)致這些差別的主要原因(只要求說明原因，不要求具體解釋)。答：上述PN結(jié)I-V特性是針對(duì)符合以下假設(shè)條件的理想pn結(jié)模型得到的。小注入。指注入的少數(shù)載流子濃度比相應(yīng)各區(qū)中平衡多子濃度小得多。在n區(qū)中要求Ap<<nno，在p區(qū)中要求An<<ppo。nno和ppo分別為n和p區(qū)平衡電子和空穴濃度。耗盡層近似。即空間電荷區(qū)中載流子全部耗盡，因此該區(qū)中的電荷只是離化雜質(zhì)濃度。這樣空間電荷區(qū)是個(gè)高阻區(qū)，外加電壓全部降落在結(jié)上，在空間電荷區(qū)以外的中性區(qū)中少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)純?yōu)閿U(kuò)散。不考慮耗盡層中的載流子產(chǎn)生和復(fù)合作用。因此電子和空穴電流在通過耗盡層過程中保持不變。在有外加電壓作用的情況下，耗盡層邊界處載流子濃度分布滿足玻耳茲曼分布式。實(shí)際PN結(jié)伏安特性與理想特性的主要差別是：正向特性小電流范圍實(shí)際電流大于理論值，而且電流與電壓之間的關(guān)系為［exp(qV/2kT)-1］。原因是小電流時(shí)勢(shì)壘區(qū)實(shí)際存在的復(fù)合電流不可以忽略。正向特性大電流范圍實(shí)際電流小于理論值，而且電流與電壓之間的關(guān)系為［exp(qV/2kT)-1］。原因是大電流時(shí)小注入條件不再成立，出現(xiàn)大注入效應(yīng)，在空間電荷區(qū)以外的區(qū)域產(chǎn)生自建場(chǎng)。在更大電流范圍，空間電荷區(qū)以外區(qū)域的電壓降不再可以忽略。在反向偏置時(shí)，實(shí)際反向電流大于理論值，而且不“飽和”原因是反向時(shí)勢(shì)壘區(qū)存在產(chǎn)生而形成勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生電流；此外還存在表面復(fù)合電流等影響。三、(16分)說明實(shí)際雙極晶體管共射極電流放大系數(shù)P0隨直流工作電流IC以及偏置電壓vce變化的趨勢(shì)。繪制能表現(xiàn)這種變化趨勢(shì)的IC—VCE輸出特性曲線示意圖。⑶是哪些物理效應(yīng)導(dǎo)致p0與IC、vce有關(guān)？(只要說明是什么物理效應(yīng)，不要求解釋)答：(1)在IC很小時(shí)，隨著IC的減小，P0將減小。;TOC\o"1-5"\h\z當(dāng)IC達(dá)到一定值時(shí)，隨著IC的增加，P0' /則基本保持不變。當(dāng)IC很大時(shí)，p0將隨 廠一—一^一'著IC的增加而減小。 一一隨著VCE的增大，p0將增大。 /— 一―.—表現(xiàn)上述變化趨勢(shì)的ic-vce輸出特性「曲線示意圖如右圖所示。按照理想模型，P0不會(huì)隨著IC和VCE的變化而變化。 F .f但是，在ic很小時(shí)，由于勢(shì)壘區(qū)復(fù)合以及表面漏電流的存在，使得p0隨著ic的減小而減小。當(dāng)ic很大時(shí)，由于大注入效應(yīng)以及基區(qū)展寬效應(yīng)，使得p0隨著ic的增加而減小。由于基區(qū)寬變效應(yīng)(又稱為厄利效應(yīng))使得。0隨著vce的增大而增大。四、(16分)：雙極晶體管特征頻率與晶體管結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系如下式所示:f= 1 T W2x2K(reCTE+2d、+2^+RCCTC)nbzvdc說明分母括號(hào)中每一項(xiàng)(注意：不是每個(gè)參數(shù))代表什么時(shí)常數(shù);結(jié)合上述表達(dá)式，說明提高雙極晶體管特征頻率的主要措施。答：⑴fT表達(dá)式分母中四項(xiàng)分別描述的是如扣Td和Tc，分別表示發(fā)射結(jié)電容時(shí)常數(shù)、基區(qū)渡越時(shí)間、集電結(jié)渡越時(shí)間和集電結(jié)電容時(shí)常數(shù)，(Te+Tb+Td+T,即為總延遲時(shí)常數(shù)，或稱為總渡越時(shí)間。 6(2)fT表達(dá)式中,Wb為基區(qū)宣度、。理和CTC分別為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)勢(shì)壘電容、RC為集電區(qū)串聯(lián)電阻、xmc為集電結(jié)空間電荷區(qū)宣度、vdc為電子通過極電結(jié)空間電荷區(qū)的漂移速度最大值。 °由此可見，提高晶體管特征頻率fT的主要途徑是減小各個(gè)時(shí)常數(shù)，包括：減小基區(qū)宣度，以減小基區(qū)渡越時(shí)間Tb。減小發(fā)射結(jié)面積Ae和集電結(jié)面積AC，可以減小發(fā)射結(jié)和集電結(jié)勢(shì)壘電容，從而減小時(shí)常數(shù)間Te和氣。減小集電區(qū)串聯(lián)電阻RC:也可減小Tc。五、(15分)下圖是PN結(jié)隔離雙極集成電路中多發(fā)射極條NPN晶體管埋層、隔離、基區(qū)、發(fā)射區(qū)、引線孔(已填充灰色)幾個(gè)層次的版圖圖形。說明采用多發(fā)射極條結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。請(qǐng)?jiān)诎鎴D中標(biāo)注出埋層、隔離、基區(qū)、發(fā)射區(qū)層次的圖形。⑶說明確定發(fā)射區(qū)圖形的長(zhǎng)度和寬度、NM延層的電阻率和外延層厚度時(shí)需要考慮什么問題。答：(1)對(duì)多發(fā)射極條結(jié)構(gòu)，每個(gè)發(fā)射極條兩側(cè)均有基極條，從而減小基區(qū)串聯(lián)電阻，充分利用發(fā)射極周長(zhǎng)發(fā)射電流，在保證發(fā)射極電流IE的前提下，多發(fā)射極條結(jié)構(gòu)的發(fā)射區(qū)周長(zhǎng)面積比最小，是解決雙極晶體管功率和頻率之間矛盾的一項(xiàng)主要措施，因此對(duì)工作電流比較大的雙極晶體管都采用多發(fā)射極條結(jié)構(gòu)。由于采用多發(fā)射極條，器件面積將隨之增加。

(2)(2)發(fā)射區(qū)圖形的寬度取決于光刻精度；發(fā)射區(qū)圖形的總條長(zhǎng)取決于工作電流IE；確定單個(gè)發(fā)射極條的長(zhǎng)度時(shí)要考慮發(fā)射極金屬條壓降產(chǎn)生的自偏壓效應(yīng)導(dǎo)致長(zhǎng)度方向發(fā)射極端頭不能充分用于發(fā)射電流；確定N-外延層的電阻率要滿足BC結(jié)擊穿電壓的要求；確定外延層厚度時(shí)需要考慮在BC結(jié)電壓小于BC結(jié)擊穿電壓之前不應(yīng)該發(fā)生外延層穿通。六、(16分)⑴說明PN結(jié)二極管模型和模型參數(shù)描述中“面積因子”的含義以及采用“面積因子”的作用；(2)說明PN結(jié)二極管模型參數(shù)IS、RS、CJ0、TT、BV、IBV的含義。其中哪幾個(gè)參數(shù)的默認(rèn)值是0、或者無窮大？答：(1)同一工藝過程生成的不同圖形尺寸的二極管，剖面結(jié)構(gòu)相同，只是結(jié)面積不同。因此與結(jié)面積無關(guān)的模型參數(shù)(例如VD、M、N等)相同，與面積有關(guān)的模型參數(shù)(例如IS、CJ0等)不同。這樣可以將其中一個(gè)二極管作為參照二極管。只要將參照二極管的面積取為1，同時(shí)給出該參照二極管的模型參數(shù)。其他二極管只要給出其結(jié)面積與參照二極管結(jié)面積之比，稱之為面積因子。則這些二極管模型參數(shù)中與面積無關(guān)的模型參數(shù)就取為參照二極管的模型參數(shù)，與面積有關(guān)的模型參數(shù)就用參照二極管的模型參數(shù)再按照與結(jié)面積的關(guān)系與面積因子相計(jì)算即可。采用面積因子的優(yōu)點(diǎn)是同一工藝下的不同二極管可以共用一組模型參數(shù)，而不需要對(duì)每一種二極管都要給出一組模型參數(shù)。⑵ 模型參數(shù)含義單位默認(rèn)值IS飽和電流ISARS體串聯(lián)電阻RSohm0CJ0零偏勢(shì)壘電容cT0F0TT渡越時(shí)間Ts0BV反向擊穿電壓V8IBV對(duì)應(yīng)于擊穿電壓的電流A安電子科技大學(xué)考試時(shí)間120分鐘試題(B)題號(hào)一二三四五六總分分?jǐn)?shù)1.考試形式：閉卷；2.本試卷共六大題，滿分100分。班級(jí)學(xué)號(hào)姓名 任課教師賈新章、游海龍一、 (20分)名詞解釋耗盡層、勢(shì)壘區(qū)、空間電荷區(qū)齊納擊穿擴(kuò)散電容基區(qū)Gummel數(shù)特征頻率fT基區(qū)寬變效應(yīng)二、 (16分)什么是單邊突變結(jié)？降低單邊突變結(jié)低摻雜一側(cè)的摻雜濃度對(duì)PN結(jié)的勢(shì)壘區(qū)寬度、勢(shì)壘電容、擊穿電壓、PN結(jié)反向電流等參數(shù)有什么影響？三、 (16分)畫出典型PN結(jié)隔離雙極集成電路中的NPN晶體管、縱向PNP晶體管和橫向PNP晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。繪出其中NPN晶體管的版圖示意圖，并在版圖上標(biāo)示出不同層次的名稱。四、 (16分)用曲線形式定性表示雙極晶體管直流電流放大系數(shù)p0隨工作電流IC的變化情況，并說明引起大電流和小電流情況下P0變化的原因(只要求說明是什么物理原因，不要求解釋引起變化的過程)。五、 (16分)對(duì)基區(qū)為均勻摻雜的雙極晶體管，若基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于基區(qū)中少子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，請(qǐng)采用“近似方法”推導(dǎo)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)與基區(qū)寬度的若減小基區(qū)寬度將導(dǎo)致下述4個(gè)特性參數(shù)增大還是減?。夯鶇^(qū)電阻、基區(qū)穿通電壓、厄利電壓、勢(shì)壘電容。六、(16分)說明晶體管模型和模型參數(shù)的含義，并說明晶體管模型和模型參數(shù)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)起什么作用；下述表格中列出了部分二極管模型參數(shù)的符號(hào)，請(qǐng)?jiān)诒碇刑砑用總€(gè)模型參數(shù)的含義、單位、以及默認(rèn)值一列中空缺的默認(rèn)值。什么情況下可以直接采用這些空缺的默認(rèn)設(shè)置值。模型參數(shù)含義單位默認(rèn)值IS1.0E-14N1RSCJ0M0.5VJ1TTBVIBV1.0E-3安電子科技大學(xué)考試時(shí)間120分鐘試題(B)題號(hào)一二三四五六總分分?jǐn)?shù)1.考試形式：閉卷；2.本試卷共六大題，滿分100分。班級(jí)學(xué)號(hào)姓名 任課教師賈新章、游海龍一、(20分)名詞、符號(hào)解釋耗盡層、勢(shì)壘區(qū)、空間電荷區(qū)pn結(jié)界面兩側(cè)半導(dǎo)體中的載流子由于存在濃度差梯度而互相向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散，在pn結(jié)界面附近n區(qū)和p區(qū)分別留下了不可動(dòng)的電離施主和電離受主雜質(zhì)離子，分別帶有正負(fù)電荷，形成空間電荷區(qū)，在該區(qū)域中建立有電場(chǎng)，形成電位差，產(chǎn)生相應(yīng)的勢(shì)壘。因此pn結(jié)空間電荷區(qū)又稱為pn結(jié)勢(shì)壘區(qū)。在勢(shì)壘區(qū)中載流子濃度趨于零，即載流子基本“耗盡”，因此又稱為“耗盡層”。齊納擊穿對(duì)重?fù)诫sPN結(jié)，隨著結(jié)上反偏電壓增大，可能使P區(qū)價(jià)帶頂高于N區(qū)導(dǎo)帶底。P區(qū)價(jià)帶的電子可以通過隧道效應(yīng)直接穿過禁帶到達(dá)N區(qū)導(dǎo)帶，成為導(dǎo)電載流子。當(dāng)結(jié)上反偏電壓增大到一定程度，將使隧穿電流急劇增加，呈現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，稱為隧道擊穿，又稱為齊納擊穿。擴(kuò)散電容對(duì)于正偏pn結(jié)，當(dāng)外加偏壓增加時(shí)，注入n區(qū)的空穴增加，在n區(qū)的空穴擴(kuò)散區(qū)內(nèi)形成空穴積累，為保持電中性條件，擴(kuò)散區(qū)內(nèi)電子濃度也相應(yīng)增加。電子注入p區(qū)情形類似。這種擴(kuò)散區(qū)中的電荷隨外加偏壓變化而變化所產(chǎn)生的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)等效為電容，稱為擴(kuò)散電容?；鶇^(qū)Gummel數(shù)與單位結(jié)面積對(duì)應(yīng)的基區(qū)中摻雜總數(shù)稱為基區(qū)的Gummel數(shù)，即Qb=wbN(x)dx特征頻率fT使得共射極電流放大系數(shù)8下降為1的頻率稱為特征頻率，記為fT。(6)基區(qū)寬變效應(yīng)集電結(jié)反偏電壓絕對(duì)值越大，集電結(jié)空間電荷區(qū)也越宣，則空間電荷區(qū)深入到基區(qū)的部分也越寬。這樣將導(dǎo)致有效基區(qū)寬度減小?；鶇^(qū)寬度隨著集電結(jié)反偏電壓變化而變化的現(xiàn)象稱為基區(qū)寬變效應(yīng)。二、(16分)什么是單邊突變結(jié)？降低單邊突變結(jié)低摻雜一側(cè)的摻雜濃度對(duì)PN結(jié)的勢(shì)壘區(qū)寬度、勢(shì)壘電容、擊穿電壓、PN結(jié)反向電流等參數(shù)有什么影響？答：若PN結(jié)兩側(cè)為均與摻雜，則稱之為突變結(jié)。如果突變結(jié)的一邊摻雜濃度比另一邊的大得多，則稱之為單邊突變結(jié)。降低單邊突變結(jié)低摻雜一側(cè)的摻雜濃度，將使PN結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)減小、勢(shì)壘區(qū)宣度增大、勢(shì)壘電容減小、擊穿電壓增大、PN結(jié)反向電流增大。三、(16分)畫出典型PN結(jié)隔離雙極集成電路中的NPN晶體管、縱向PNP晶體管和橫向PNP晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。繪出其中NPN晶體管的版圖示意圖，并在版圖上標(biāo)示出不同層次的名稱。答：三種晶體管剖面圖以及NPN晶體管的版圖層次如下圖所示+P此FP縱向PNP晶體管

四、（16分）用曲線形式定性表示雙極晶體管直流電流放大系數(shù)P0隨工作電流IC的變化情況，并說明引起大電流和小電流情況下P0變化的原因（只要求說明是什么物理原因，不要求解釋引起變化的過程）。答：雙極晶體管直流電流放大系數(shù)p0隨工作電流IC的變化情況如右圖所示。IC很小時(shí)，p0隨IC增大而迅速增大。當(dāng)IC中等時(shí)p0基本維持一恒定值，當(dāng)IC很大時(shí)，p0隨IC的增大而下降。導(dǎo)致上述變化規(guī)律的原因是：IC很小時(shí)，由于勢(shì)壘復(fù)合電流導(dǎo)致P0下降。IC很大時(shí)，由于大注入基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)［使Y01從而P0|）和大注入自建場(chǎng)（使p0*T，從而p0T）效應(yīng)的共同影響，使p0下降。五、（16分）對(duì)基區(qū)為均勻摻雜的雙極晶體管，若基區(qū)宣度遠(yuǎn)小于基區(qū)中少子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，請(qǐng)采用“近似方法”推導(dǎo)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)與基區(qū)寬度的關(guān)系。若減小基區(qū)寬度將導(dǎo)致下述4個(gè)特性參數(shù)增大還是減?。夯鶇^(qū)電阻、基區(qū)穿通電壓、厄利電壓、勢(shì)壘電容。,II-T 匚一答：基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)宙=嚴(yán)=土坦=1-芒xne xne xne由于WB<<LnB，可忽略基區(qū)少子復(fù)合，認(rèn)為基區(qū)少子濃度服從線性分布：n(x)=n(x)=n(0)(1-n(0)WB2tn(0)WB2tnlTnE-qADnBnW0)WBTyBlTnE-qADnBnW0)WBTnE-DnBW^AWBqA^ 之 2TVB一 2tn 一WB一虺TnEqADnBn(0)/WB2DnBTn2臨...ff=i_IVB=1—Eb_【nE 2LnB減小基區(qū)寬度，基區(qū)電阻增大，基區(qū)穿通電壓減小，厄利電壓會(huì)減小，勢(shì)壘電容不受影響。六、(16分)說明晶體管模型和模型參數(shù)的含義，并說明晶體管模型和模型參數(shù)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)起什么作用；下述表格中列出了部分二極管模型參數(shù)的符號(hào)，請(qǐng)?jiān)诒碇刑砑用總€(gè)模型參數(shù)的含義、單位、以及默認(rèn)值一列中空缺的默認(rèn)值。⑶什么情況下可以直接采用這些空缺的默認(rèn)設(shè)置值。模型參數(shù)含義單位默認(rèn)值IS1.0E-14N1RSCJ0M0.5VJ1TTBVIBV1.0E-3答：對(duì)電路進(jìn)行模擬仿真時(shí)，每個(gè)晶體管都用其等效電路來代替。能代表晶體管特性的等效電路就稱為晶體管模型?！暗刃А笔侵妇w管模型和實(shí)際晶體管器件的端特性等效。描述晶體管模型(等效電路)中每個(gè)元件值的參數(shù)就稱為晶體管模型參數(shù)。晶體管模型是否精確以及晶體管模型參數(shù)是否較好地描述實(shí)際器件的特性，將決定電路模擬結(jié)果是否正確、可信。(2)

模型參數(shù)含義單位默認(rèn)值IS反向飽和電流A1.0E-14N-1RS發(fā)射系數(shù)0CJ0ohm0FC體串聯(lián)電阻F0.5M-0.5VJ零偏勢(shì)壘電容1TT-0BV正偏勢(shì)壘電容系數(shù)8IBVV1.0E-3電容梯度因子sV接觸電勢(shì)vdA渡越時(shí)間T反向擊穿電壓對(duì)應(yīng)于擊穿電壓的電流⑶如果不需要考慮這些默認(rèn)值為0或者無窮大的模型參數(shù)反映的物理效應(yīng)的影響，就可以直接采用這些默認(rèn)值。安電子科技大學(xué)考試時(shí)間120分鐘試題題號(hào)一二三四五六總分分?jǐn)?shù)1.考試形式：閉卷；2.本試卷共六大題，滿分100分。班級(jí)學(xué)號(hào) 姓名說明：第1題名詞解釋必須用英語回答。其他五題可以采用中文回答。(20marks)Pleasegivethemeaningofthefollowingterms:onesidedjunctionlinearlygradedjunctionbasewidthmodulationavalanchebreakdownbasetransittimehigh-levelinjectiondiffusioncapacitancestoragetime.(15marks)ASistepjunctionmaintainedatroomtemperatureunderequilibriumconditionshasap-sidedopingofNA=1017cm-3andann-sidedopingofND=1015cm-3.PleaseCompute⑴％Xp、XnandW⑶Electricfieldatx=0(Itisknownthats=8.8542X10-i2F/m,s=11.8,q=1.60X10-19C,andkT/q=0.026V) 用(15分)解連續(xù)性方程得到下述PN結(jié)I-V特性時(shí)基于哪幾個(gè)基本假設(shè)？I=A（站+忡）（3-1）

f p請(qǐng)說明實(shí)際伏安特性與上述表達(dá)式給出的理想伏安特性的主要差別以及導(dǎo)致這些差別的主要原因（只要求說明原因，不要求具體解釋）。（16分）（1）說明實(shí)際雙極晶體管共射極電流放大系數(shù)4隨直流工作電流IC以及偏置電壓vce變化的趨勢(shì)。繪制能表現(xiàn)這種變化趨勢(shì)的IC-VCE輸出特性曲線示意圖。是哪些物理效應(yīng)導(dǎo)致4與IC、vce有關(guān)？(只要求說明是什么物理效應(yīng)，不要求解釋)(16分)為什么雙極晶體管的特征頻率fT又稱為增益帶寬乘積？從載流子輸運(yùn)過程考慮，特征頻率與哪幾個(gè)時(shí)常數(shù)有關(guān)？可以采取哪些措施減小時(shí)常數(shù)從而提高特征頻率？(18Marks)Whatisthetransistormodelandmodelparameters?PartsoftheBJTmodelparametersarelistedinsidethefollowingtable.Pleasegivethenameandunitofallthemodelparameters,andthedefaultvalueintheblankboxesofthemostrightcolumn。Inwhatsituationcouldweusethedefaultvalueintheblankboxesofthemostrightcolumn?BJTModelParametersNameUnitDefaultValueIS1.0E-14BF100BR1.0VAFVARIKFIKRCJEVJE1.0MJE0.5TFTR安電子科技大學(xué)考試時(shí)間120分鐘試題答案題號(hào)一二三四五六總分分?jǐn)?shù)1.考試形式：閉卷；2.本試卷共六大題，滿分100分。班級(jí)學(xué)號(hào) 姓名說明：第1題名詞解釋必須用英語回答。其他五題可以采用中文回答。2.(20marks)Pleasegivethemeaningofthefollowingtermsonesidedjunction：apnjunctioninwhichonesideofthejunctionismuchmoreheavilydopedthantheotherside.linearlygradedjunction:apnjunctioninwhichthedopingconcentrationsoneithersideofthemetallurgicaljunctionareapproximatedbyalineardistribution.basewidthmodulation:thechangeintheneutralbasewidthwiththeC-EorC-Bvoltage.avalanchebreakdown:theprocesswherebyalargereverse-biaspnjunctioncurrentiscreatedduetothegenerationofelectron-holepairsbythecollisionofelectronand/orholeswithatomicelectronswithinthespacechargeregion.basetransittime:thetimethatittakesaminoritycarriertocrosstheneutralbaseregion.high-levelinjection：Iftheinjectedminoritycarrierconcentrationisnotlessthanthemajoritycarrierconcentration,itiscalledhigh-levelinjectiondiffusioncapacitance：thecapacitanceofaforwardbiasedpnjunctionduetocarrierstorageeffects.storagetime:thetimerequiredfortheexcessminoritycarrierconcentrationsatthespacechargeedgetogofromtheirsteady-statevaluestozerowhenthediodeisswitchedfromforwardtoreversebias.2.(16marks)ASistepjunctionmaintainedatroomtemperatureunderequilibriumconditionshasap-sidedopingofN=1017cm-3andann-sidedopingofA.ND=1015cm-3.PleaseCompute⑴VbiXp、XnandWElectricfieldatx=0(Itisknownthats=8.8542X10-i2F/m,e=11.8,q=1.60X10-19C,andTOC\o"1-5"\h\zkT/q=0.026V) "Answer:Vbi=(kT/q)Ln(nA*ND/n；)=0.026*In(1032/1020)=0.718VW='2^(Na+Nd)V=9.693*10-5cm=0.9693umq NAND biN _x d W-9.597*10-7cm?0.01umpNa+Ndx-—N—W-9.597*10-5cmw0.959umnNA+NdTOC\o"1-5"\h\zE-E=-qNAXp=-qNDXn=—1.48*104V/cm--14.8KV/cmx=0 max￡￡ ￡￡0si 0si3.(16分)解連續(xù)性方程得到下述PN結(jié)I—V特性時(shí)基于哪幾個(gè)基本假設(shè)?I=A(站+"S-1)

^n p請(qǐng)說明實(shí)際伏安特性與上述表達(dá)式給出的理想伏安特性的主要差別以及導(dǎo)致這些差別的主要原因(只要求說明原因，不要求具體解釋)。答：上述PN結(jié)I-V特性是針對(duì)符合以下假設(shè)條件的理想pn結(jié)模型得到的：小注入。指注入的少數(shù)載流子濃度比相應(yīng)各區(qū)中平衡多子濃度小得多。在n區(qū)中要求Apw%。，在p區(qū)中要求^n<<ppo。nno和ppo分別為n和p區(qū)平衡電子和空穴濃度。耗盡層近似。即空間電荷區(qū)中載流子全部耗盡，因此該區(qū)中的電荷只是離化雜質(zhì)濃度。這樣空間電荷區(qū)是個(gè)高阻區(qū)，外加電壓全部降落在結(jié)上，在空間電荷區(qū)以外的中性區(qū)中少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)純?yōu)閿U(kuò)散。不考慮耗盡層中的載流子產(chǎn)生和復(fù)合作用。因此電子和空穴電流在通過耗盡層過程中保持不變。在有外加電壓作用的情況下，耗盡層邊界處載流子濃度分布滿足玻耳茲曼分布式。實(shí)際PN結(jié)伏安特性與理想特性的主要差別是：正向特性小電流范圍實(shí)際電流大于理論值，而且電流與電壓之間的關(guān)系為[exp(qV/2kT)-1]。原因是小電流時(shí)勢(shì)壘區(qū)實(shí)際存在的復(fù)合電流不可以忽略。正向特性大電流范圍實(shí)際電流小于理論值，而且電流與電壓之間的關(guān)系為[exp(qV/2kT)-1]。原因是大電流時(shí)小注入條件不再成立，出現(xiàn)大注入效應(yīng)，在空間電荷區(qū)以外的區(qū)域產(chǎn)生自建場(chǎng)。在更大電流范圍，空間電荷區(qū)以外區(qū)域的電壓降不再可以忽略。在反向偏置時(shí)，實(shí)際反向電流大于理論值，而且不“飽和”。原因是反向時(shí)勢(shì)壘區(qū)存在產(chǎn)生而形成勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生電流；此外還存在表面復(fù)合電流等影響。(16分)說明實(shí)際雙極晶體管共射極電流放大系數(shù)P0隨直流工作電流IC以及偏置電壓vce變化的趨勢(shì)。繪制能表現(xiàn)這種變化趨勢(shì)的IC-VCE輸出特性曲線示意圖。是哪些物理效應(yīng)導(dǎo)致P0與IC、VCE有關(guān)？(只要求說明是什么物理

效應(yīng)，不要求解釋)答：在IC很小時(shí)，隨著IC的減小,。0將減小。當(dāng)IC達(dá)到一定值時(shí)，隨著IC的增加邙。則基本保持不變。當(dāng)IC很大時(shí)邛。將隨著IC的增加而減小。隨著VCE的增大邛。將增大。表現(xiàn)上述變化趨勢(shì)的IC-VCE輸出特性曲線示意圖如右圖所示。按照理想模型，?！悴粦?yīng)該隨著IC和VCE的變化而變化。但是，在實(shí)際情況下，當(dāng)IC很小時(shí)，由于勢(shì)壘區(qū)復(fù)合以及表面漏電流的存在，使得?！汶S著IC的減小而減小。當(dāng)IC很大時(shí)，由于大注入效應(yīng)以及基區(qū)展寬效應(yīng)，使得P0隨著IC的增加而減小。由于基區(qū)寬變效應(yīng)(又稱為厄利效應(yīng))使得。0隨著vce的增大而增大。(16分)為什么雙極晶體管的特征頻率fT又稱為增益帶寬乘積？從載流子輸運(yùn)過程考慮，特征頻率與哪幾個(gè)時(shí)常數(shù)有關(guān)？可以采取哪些措施減小時(shí)常數(shù)從而提高特征頻率？答：在頻率遠(yuǎn)大于f但是小于f的范圍，由p=——脂——可以得到：f*m|=f,，p T 1+j(f/fp) T因此特征頻率fT又稱為增益-帶寬積。fT與各個(gè)時(shí)常數(shù)的關(guān)系為：1f= T2兀(Te+Tb+Td+Tc)式中，t、t.、l和t分別表示發(fā)射結(jié)電容時(shí)常數(shù)、基區(qū)渡越時(shí)間、集電結(jié)渡越ebdc時(shí)間和集電結(jié)電容時(shí)常數(shù)，(Te+Tb+Td+Tc)即為總延遲時(shí)常數(shù)，或稱為總渡越時(shí)間。其中re=kT/qIE,IE為發(fā)射極電流；CTE和CTC分別為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)勢(shì)壘電容；RC為集電區(qū)串聯(lián)電阻；xmc為集電結(jié)空間電荷區(qū)寬度；vdc為電子通過極電結(jié)空間電荷區(qū)的漂移速度最大值。由上式可見，提高晶體管特征頻率fT的途徑是減小各個(gè)時(shí)常數(shù)，主要包括：減小基區(qū)寬度，以減小基區(qū)渡越時(shí)間Tb。減小發(fā)射結(jié)面積Ae和集電結(jié)面積AC，是減小發(fā)射結(jié)和集電結(jié)勢(shì)壘電容，從而減小時(shí)常數(shù)間Te和Tc的主要途徑。減小集電區(qū)串聯(lián)電阻RC，也可減小Tc。(16Marks)Whatisthetransistormodelandmodelparameters?PartsoftheBJTmodelparametersarelistedinsidethef