2014年電子科技大學考研專業(yè)課試題微電子器件

電子科技大學

2014年攻讀碩士學位研究生入學考試試題

考試科目：832微電子器件

注：所有答案必須寫在答題紙上，寫在試卷或草稿紙上均無效。

一、填空題（共48分，每空1.5分）

1、PN結二極管用途廣泛，在作為變容二極管使用時，主要利用其（）向偏置的

（）電容；在作為溫度傳感器使用時，主要利用其正向導通壓降會隨溫度的升

高而（）。

2、一個P+N型的二極管，電子和空穴的壽命分別為τn和τp，在外加正向直流電壓V1時電流

為I1，當外加電壓反向為－V2時，器件會經歷一段反向恢復過程，這主要是由正向導通

時存儲在（）型中性區(qū)中的非平衡少子造成的，該非平衡少子的總量為

（）。

3、防止PN結發(fā)生熱擊穿，最有效的措施是降低器件的（）。同時，禁帶寬帶越

（）的半導體材料，其熱穩(wěn)定性越好。（第二個空填“大”或“小”）

4、雙極型晶體管的基區(qū)寬度調變效應越嚴重，其厄爾利電壓越（），共發(fā)射極增量輸

出電阻越（）。（填“大”或“小”）

5、已知雙極型晶體管的基區(qū)度越時間和基區(qū)少子壽命分別為τb和τB，則1/τB表示的物理

意義為（），因此τb/τB可以表示

（）。

6、MOSFET的亞閾區(qū)擺幅S反應了在亞閾區(qū)中（）的控制能力。

柵氧化層越厚，則S越（），該控制能力越（）。（第二個空填“大”或“小”，

第三個空填“強”或“弱”）

7、當金屬和P型半導體形成金-半接觸時，如果金屬的功函數大于半導體的功函數，半導體表

面將形成（），該結構（）單向導電性。（從以下選項中選擇）

A電子阻擋層B電子反阻擋層C空穴阻擋層D空穴反阻擋層

E具有F不具有

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8、MOSFET的跨導是（）特性曲線的斜率，而漏源電導是（）特性曲

線的斜率。在模擬電路中，MOSFET一般工作在（）區(qū)，此時理想情況下漏源電

導應為零，但實際上由于（）和

（），漏源電導通常為正的有限值。

9、短溝道MOSFET中采用偏置柵結構或漏端輕摻雜結構，是為了降低漏端附近的電場強度，

從而抑制（）效應，防止器件電學特性退化。

10、如果以SiGe來制作BJT的發(fā)射區(qū)，Si來制作BJT的基區(qū)，則與全部采用Si材料的雙極

型晶體管相比，其共基極電流放大系數α將（）。（填“增大”、“減小”或“不

變”）

11、根據恒場等比例縮小法則，當MOSFET的溝道長度縮小K倍時，其閾值電壓變?yōu)橹暗?/p>

（），總電容變?yōu)橹暗模ǎ?，最高工作頻率變?yōu)橹暗模ǎ?/p>

12、研究發(fā)現(xiàn)硅-二氧化硅系統(tǒng)中，存在四種形式的電荷或能量狀態(tài)，包括Na+、K+等可動離

子、（）、（）以及二氧化硅層中的電離陷阱電荷，

通常它們都帶正電，因此（）型MOSFET的襯底表面更容易反型。

13、PMOS的襯底相對于源端應該接（）電位。當|VBS|增加時，PMOS的閾值電壓絕對值

將（），該效應叫做（）。（第二個空填“增大”、“減小”

或“不變”）

二、簡答與作圖題(共57分)

1、如圖所示，一塊摻雜濃度為ND的無限長均勻N型半導體材料，在x的負半軸有一束光穩(wěn)

定地照射在半導體表面，產生體密度為G0的電子-空穴對。（9分）

（1）寫出該半導體材料在x正半軸的少子擴散方程。（只考慮少子在x方向的運動）

（2）如果要通過上述擴散方程求解x正半軸的少子分布，應該采用什么樣的邊界條件？

（3）如果該半導體材料在x正半軸的長度縮短為W（W遠小于少子擴散長度），又應該采用

什么樣的邊界條件求解？

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2、下圖是一個通過擴散工藝制作的PN結，由于橫向擴散，在PN結終止的地方會形成彎曲

的結面。發(fā)現(xiàn)該PN結的雪崩擊穿電壓遠小于平行平面結擊穿電壓的理論計算值，造成該現(xiàn)

象的原因是什么？如果要提高該結構的擊穿電壓，對擴散工藝的時間應該做怎樣的調整？

為什么？（9分）。

3、請畫出PNP緩變基區(qū)晶體管工作在放大區(qū)的能帶圖和少子分布圖，并標注出必要的物理量

（10分）。

4、某PN+結在一定的外加正向電壓下發(fā)生了大注入現(xiàn)象。（10分）

（1）請問大注入發(fā)生在哪個區(qū)？

（2）大注入將在中性區(qū)引入自建電場，指出該自建電場的方向，并說明自建電場的形成過程。

（3）發(fā)生大注入的區(qū)域，其中性區(qū)與耗盡區(qū)交界處的少子濃度是多少？

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5、下圖為測試獲得的某NPN型雙極型晶體管的擊穿特性曲線。請問測試時該雙極型晶體管

的E、B、C三個電極的電位是如何連接的？請解釋擊穿特性曲線上為什么會有一段負阻區(qū)

域？（9分）

6、下圖是在25℃、75℃和125℃下測到的MOSFET的三條轉移特性曲線。請問圖中的溫度

T1、T2、T3分別對應哪一個溫度？為什么？這樣的溫度特性對于MOSFET在應用中的可

靠性是有利還是有弊？為什么？（10分）

IDS

T3

T2

T1

0VGS

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四、計算題（共45分）

1、圖為某突變PN結在外加電壓下的能帶圖。求：（1）外加電壓為正向電壓還是反向電壓？

大小是多少？（2）該PN結的內建電勢是多少？（3）如果P型區(qū)和N型區(qū)摻雜濃度的比

值是4:1，現(xiàn)在分別有多少電壓降在P型區(qū)和N型區(qū)的耗盡區(qū)上？（10分）

18-316-313-3

2、一個NPN雙極型晶體管，摻雜濃度為NE=5×10cm，NB=5×10cm，NC=1×10cm，發(fā)

射區(qū)和基區(qū)寬度為WE=10μm，WB=2μm。偏置條件為IB=2mA，VBC=-3V。電子和空穴的擴散

22

系數分別為Dn=40cm/s和Dp=20cm/s，電子和空穴的壽命均為1μs。求：（10分）

（1）器件的共發(fā)射極直流短路電流放大系數β為多少？

（2）器件的跨導gm為多少？

3、某高頻晶體管的β0=200，當信號頻率f為50MHz時測得|βω|=8，且最大功率增益Kpmax=100。

（10分）

求：（1）該晶體管的特征頻率fT

（2）該晶體管的截止頻率fβ

（3）該晶體管的最高振蕩頻率fM

（4）當信號頻率f為200MHz時該晶體管的|βω|和最大功率增益Kpmax值。

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4、某MOSFET采用簡并摻雜的P型多晶硅作柵電極。假設多晶硅的禁帶寬度與硅相同，均

為1.1eV，且多晶硅的費米能級已經與價帶頂EV重合；同時假設柵氧化層中不存在電荷。

在不加任何柵壓時，該MOSFET的能帶圖如下圖所示。請問：（15分）

（1）該MOSFET是NMOS還是PMOS？是增強型還是耗盡型？為什么？

（2）未加任何柵壓，為什么襯底表面的能級會向上彎曲？

（3）假設外加柵壓有一半降在氧化層，一半降在半導體表面。求器件的平帶電壓和閾值電壓。

（4）如果將柵電極換成簡并摻雜的N型多晶硅，其他假設條件不變，器件的閾值電壓變?yōu)槎?/p>

少？

VOX

EC

1.1eV

EC

0.1eV0.3eV

EV