电子科技大学微电子器件习题.docx

电子科技大学微电子器件习题.docx

《电子科技大学微电子器件习题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子科技大学微电子器件习题.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电子科技大学微电子器件习题

第二章PN结

填空题

1若某突变PN结的P型区的掺杂浓度为N=xi016cm3，则室温下该区的平衡多子浓度Ppo与平衡少子浓度npo分别为（）和（）。

2、在PN结的空间电荷区中，P区一侧带（）电荷，N区一侧带（）电荷。

内建电场的方向是从（）区指向（）区。

3、当采用耗尽近似时，N型耗尽区中的泊松方程为（）。

由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（）。

4、PN结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（），内建电场的最大值就越（），内建电势Vbi就越（），反向饱和电流I。

就越（），势垒电容G就越（），雪崩击穿电压就越（）。

5、硅突变结内建电势Vb可表为（），在室温下的典型值为（）伏特。

6、当对PN结外加正向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。

7、当对PN结外加反向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。

8在P型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度np与外加电压V之间的关系可表示为（）。

若P型区的掺杂浓度N=xi017cm3，外加电压V=，则P型区与耗尽区

边界上的少子浓度np为（）。

9、当对PN结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）；当对PN结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）。

电流三部分所组成

11、PN结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（）;PN结的反向电流

很小，是因为反向电流的电荷来源是（）。

12、当对PN结外加正向电压时，由N区注入P区的非平衡电子一边向前扩散，一边

（）。

每经过一个扩散长度的距离，非平衡电子浓度降到原来的（）。

13、PN结扩散电流的表达式为（）。

这个表达式在正向电压下可简

化为（），在反向电压下可简化为（）。

14、在PN结的正向电流中，当电压较低时，以（）电流为主；当电压较高时，以

（）电流为主。

15、薄基区二极管是指PN结的某一个或两个中性区的长度小于（）。

在

薄基区二极管中，少子浓度的分布近似为（

）。

16、小注入条件是指注入某区边界附近的

（）浓度远小于该区的（）

浓度，因此该区总的多子浓度中的（

）多子浓度可以忽略。

17、大注入条件是指注入某区边界附近的

（）浓度远大于该区的（）

浓度，因此该区总的多子浓度中的（

）多子浓度可以忽略。

18、势垒电容反映的是PN结的（

）电荷随外加电压的变化率。

PN结

的掺杂浓度越高，则势垒电容就越（）；

外加反向电压越高，则势垒电容就越（）。

19、扩散电容反映的是PN结的（）电荷随外加电压的变化率。

正

向电流越大，则扩散电容就越（）；少子寿命越长，则扩散电容就越（）。

20、在PN结开关管中，在外加电压从正向变为反向后的一段时间内，会出现一个较大

的反向电流。

引起这个电流的原因是存储在（）区中的（）电荷。

这个电

荷的消失途径有两条，即（）和（）。

）和

21、从器件本身的角度，提高开关管的开关速度的主要措施是（

）。

22、PN结的击穿有三种机理，它们分别是（）、（）和（）。

23、PN吉的掺杂浓度越高，雪崩击穿电压就越（）；结深越浅，雪崩击穿电压就越（）。

24、雪崩击穿和齐纳击穿的条件分别是（）和（）。

问答与计算题

1简要叙述PN结空间电荷区的形成过程。

2、什么叫耗尽近似？

什么叫中性近似？

3、什么叫突变结？

什么叫单边突变结？

什么叫线性缓变结？

分别画出上述各种PN结的杂质浓度分布图、内建电场分布图和外加正向电压及反向电压时的少子浓度分布图。

4、PN结势垒区的宽度与哪些因素有关？

5、写出PN结反向饱和电流I。

的表达式，并对影响I。

的各种因素进行讨论。

6、PN结的正向电流由正向扩散电流和势垒区复合电流组成。

试分别说明这两种电流随外加正向电压的增加而变化的规律。

当正向电压较小时以什么电流为主？

当正向电压较大时以什么电流为主？

7、什么是小注入条件？

什么是大注入条件？

写出小注入条件和大注入条件下的结定律，并讨论两种情况下中性区边界上载流子浓度随外加电压的变化规律。

8在工程实际中，一般采用什么方法来计算PN结的雪崩击穿电压？

9、简要叙述PN结势垒电容和扩散电容的形成机理及特点。

10、当把PN结作为开关使用时，在直流特性和瞬态特性这两方面，PN结与理想开关相比有哪些差距？

引起PN结反向恢复过程的主要原因是什么？

11某突变PN结的Nd=x1015cm-3,Nx=x1018cm-3，试求nn。

pno,pp。

和山。

的值，并求当外

加正向电压和（）反向电压时的np（-Xp）和Pn（Xn）的值

12、某突变PN结的N=xi015cm3,N=xi018cm3，计算该PN结的内建电势Vbi之值

13、有一个P沟道MOSFE的衬底掺杂浓度为Nd=x1015cm3，另一个N沟道MOSFE的衬底掺杂浓度为N=xl018cm3。

试分别求这两个MOSFET勺衬底费米势，并将这两个衬底费米势之和与上题的Vbi相比较。

14、某突变PN结的Nd=x1015cm-3,N=x1018cm-3，试问Jdp是Jdn的多少倍？

15、已知某PN结的反向饱和电流为Io=10-12A,试分别求当外加正向电压和（）反向电压时的PN结扩散电流。

16、已知某PN结的反向饱和电流为Io=10-11A，若以当正向电流达到10-2A作为正向导通的开始，试求正向导通电压Vf之值。

若此PN结存在寄生串联电阻Rs=4Q,则在同样的测试条件下Vf将变为多少？

17、某硅单边突变结的雪崩击穿临界电场Ec=x105Vcmi，开始发生雪崩击穿时的耗尽区宽度XdB=卩m求该PN结的雪崩击穿电压Vb。

若对该PN结外加|V|=的反向电压，则其耗尽区宽度为多少？

18、如果设单边突变结的雪崩击穿临界电场ec与杂质浓度无关，则为了使雪崩击穿电压Vb提高1倍，发生雪崩击穿时的耗尽区宽度XdB应为原来的多少倍？

低掺杂区的杂质浓度应为原来的多少倍？

19、某突变PN结的Vbi=，当外加的反向电压时测得其势垒电容为8pF，则当外加的反向电压时其势垒电容应为多少？

20、某突变结的内建电势Vbi=，当外加电压V=时的势垒电容与扩散电容分别是2pF和2X10-4pF,试求当外加电压V=时的势垒电容与扩散电容分别是多少？

21、某硅突变结的nA=1X1016cmi3，np5X1016cm-3，试计算平衡状态下的

（1）内建电势Vbi；

（2）P区耗尽区宽度Xp、N区耗尽区宽度Xn及总的耗尽区宽度Xd；

（3）最大电场强度&max。

22、某单边突变结在平衡状态时的势垒区宽度为XD0,试求外加反向电压应为内建电势Vbi的多少倍时，才能使势垒区宽度分别达到2Xdo和3Xdo。

23、一块同一导电类型的半导体,当掺杂浓度不均匀时,也会存在内建电场和内建电

势。

设一块N型硅的两个相邻区域的施主杂质浓度分别为九和nD2,试推导出这两个区域之

间的内建电势公式。

如果nD=1x1020cm,

nD2=1xi016cm?

，则室温下内建电势为多少？

24、试推导出杂质浓度为指数分布N=Mexp（-x/l）的中性区的内建电场表达式。

若某

具有这种杂质浓度分布的硅的表面杂质浓度为1018cm3,入=卩m试求其内建电场的大小。

再将此电场与某突变PN结的耗尽区中最大电场作比较，该突变PN结的nA二1018cm3,nD=

15-3

10cm。

25、图P2-1所示为硅PIN结的杂质浓度分布图，符号I代表本征区。

（1）试推导出该PIN结的内建电场表达式和各耗尽区长度的表达式,并画出内建电场分布图。

LNjj-Na

Nd

X；1

V*

沁

■X

图P2-1

26、某硅中的杂质浓度分布如图P2-2所示，施主杂质和受主杂质的浓度分别为ND（x）=10

16exp（-x/2x10-4）cm-3和NAx）=N\（°）exp（-x/10-4）cm-3

⑴如果要使结深xj=1卩m则受主杂质的表面浓度nA（0）应为多少？

（2）试计算结深处的杂质浓度梯度A的值。

（3）若将此PN结近似为线性缓变结，设Vbi=,试计算平衡时的耗尽区最大电场6max,

并画出内建电场分布图。

27、试证明在一个P区电导率（Tp远大于N区电导率（Tn的PN结中，当外加正向电压时空穴电流远大于电子电流。

28、已知ni2=NNexp（-e"kT）=CkT3exp（-ec（/kT），式中nc、nv分别代表导带底、价带顶的有效状态密度，eG代表绝对零度下的禁带宽度。

低温时反向饱和电流以势垒区产生电流为主。

试求反向饱和电流I。

与温度的关系，并求I。

随温度的相对变化率（dl°/dT）/l°,同时画出电压一定时的Io~T曲线。

29、某P+NM结的雪崩击穿临界电场6c为32V/卩m当N区的长度足够长时，击穿电压Vb为144V）试求当N区的长度缩短为3ym时的击穿电压为多少？

30、已知某硅单边突变结的内建电势为，当外加反向电压为时测得势垒电容为10pF，试计算当外加正向电压时的势垒电容。

31、某结面积为10二卅的硅单边突变结，当（Vu-V）为时测得其结电容为，试计算该PN结低掺杂一侧的杂质浓度为多少？

32、某PN结当正向电流为10mA寸，室温下的小信号电导与小信号电阻各为多少？

当温度为100°C时它们的值又为多少？

33、某单边突变P+N结的N区杂质浓度n〒1016cm3，N区少子扩散长度L=10卩m结面积A=，外加的正向电压。

试计算当N区厚度分别为100叩和3叩时存储在N区中的非平衡少子的数目。

第三章双极结型晶体管

填空题

1、晶体管的基区输运系数是指（）电流与

（）电流之比。

由于少子在渡越基区的过程中会发生（），从而使基区输运系数（）。

为了提高基区输运系数，应当使基区宽度（）基区少子扩散长度。

2、晶体管中的少子在渡越（）的过程中会发生（），从而使到达集电结的少

子比从发射结注入基区的少子（）。

3、晶体管的注入效率是指（）电流与（）电流

之比。

为了提高注入效率，应当使（）区掺杂浓度远大于（）区掺杂浓度。

4、晶体管的共基极直流短路电流放大系数a是指发射结（）偏、集电结（）偏

时的（）电流与（）电流之比。

5、晶体管的共发射极直流短路电流放大系数B是指（）结正偏、（）结零偏

时的（）电流与（）电流之比。

6、在设计与制造晶体管时，为提高晶体管的电流放大系数，应当（）基区宽度，（）基区掺杂浓度。

7、某长方形薄层材料的方块电阻为100Q，长度和宽度分别为300叩和60卩m贝U其长

度方向和宽度方向上的电阻分别为（）和（）。

若要获得1kQ的电阻，则该

材料的长度应改变为（）。

8、在缓变基区晶体管的基区中会产生一个（），它对少子在基区中的运动起

到（）的作用，使少子的基区渡越时间（）。

9、小电流时a会（）。

这是由于小电流时，发射极电流中（）

的比例增大，使注入效率下降。

10、发射区重掺杂效应是指当发射区掺杂浓度太高时，不但不能提高（），反

而会使其（）。

造成发射区重掺杂效应的原因是（）和（）。

11、在异质结双极晶体管中，发射区的禁带宽度（）于基区的禁带宽度，从而使异

质结双极晶体管的（）大于同质结双极晶体管的。

12、当晶体管处于放大区时，理想情况下集电极电流随集电结反偏的增加而（）。

但实际情况下集电极电流随集电结反偏增加而（），这称为（）效应。

13、当集电结反偏增加时，集电结耗尽区宽度会（），使基区宽度（），从而

使集电极电流（），这就是基区宽度调变效应（即厄尔利效应）。

14、

IES是指（

）结短路、（

）结反偏时的（

）极电流。

15、

Ics是指（

）结短路、（

）结反偏时的（

）极电流。

16、

1CBO是指（

）极开路、（

）结反偏时的（

）极电流。

17、

1CEO是指（

）极开路、（

）结反偏时的（

）极电流。

18、

Iebc是指（

）极开路、（

）结反偏时的（

）极电流。

19、

BVCbo是指（

）极开路、（

）结反偏，当（

）-X时的VCbo

20、

BVCeo是指（

）极开路、（

）结反偏，当（

）—8时的VCeo

21、

BVEbc是指（

）极开路、（

）结反偏，当（

）—8时的VEbo

22、

基区穿通是指当集电结反向电压增加到使耗尽区将（

）全部占据时，集电极

电流急剧增大的现象。

防止基区穿通的措施是（）基区宽度、（）基区掺杂浓度

23、比较各击穿电压的大小时可知，BVCBO（）BVCEO，BVCBO（）BVEBO。

24、要降低基极电阻rbb'，应当（）基区掺杂浓度，（）基区宽度。

25、无源基区重掺杂的目的是（

26、发射极增量电阻re的表达式是（）。

室温下当发射极电流为1mA寸，4=（）

27、随着信号频率的提高，晶体管的

aB3的幅度会（

），相角会（）。

28、在咼频卜，基区渡越时间tb对晶体管有三个作用，

它们是：

（）、

（）和（

）0

29、基区渡越时间tb是指（

）。

当基区宽度加倍时，

基区渡越时间增大到原来的（）倍。

30、晶体管的共基极电流放大系数|

a31随频率的（

）

而卜降。

当晶体管的|a3|

下降到（）时的频率，称为a的截止频率，记为（

）0

31、晶体管的共发射极电流放大系数

1

|B31随频率的（

）

而下降。

当晶体管的|B3|

下降到八B0时的频率，称为B的（

），记为（

）0

32、当f>>fB时，频率每加倍，晶体管的I|降到原来的（）；最大功率增益Kpmax

降到原来的（）。

33、当（）降到1时的频率称为特征频率ft。

当（）降到1时的频率称为最咼振荡频率fMb

34、当I|降到（）时的频率称为特征频率fT。

当Kpmax降到（）时的频率称为最咼振荡频率fM

35、晶体管的高频优值皿是（）与（）的乘积。

36、晶体管在高频小信号应用时与直流应用时相比，要多考虑三个电容的作用，它们

是（）电容、（）电容和（）电容。

37、对于频率不是特别高的一般高频管，Tec中以（）为主，这时提高特征频率fT

的主要措施是（）。

（），集电结势垒电容CTC（）。

39、对高频晶体管结构上的基本要求是：

（）、（）、（）和（）。

问答与计算题

1、画出NPNft体管在饱和状态、截止状态、放大状态和倒向放大状态时的少子分布图。

画出NPN晶体管在饱和状态、截止状态、放大状态和倒向放大状态时的能带图。

2、画出共基极放大区晶体管中各种电流的分布图，并说明当输入电流Ie经过晶体管变成输出电流lc时，发生了哪两种亏损？

3、倒向晶体管的电流放大系数为什么小于正向晶体管的电流放大系数？

4、提高基区掺杂浓度会对晶体管的各种特性，如Y、a、B、Ge、BVEboVpt、VA、5等产生什么影响？

5、减薄基区宽度会对晶体管的上述各种特性产生什么影响？

6、先画出双极晶体管的理想的共发射极输出特性曲线图，并在图中标出饱和区与放大区的分界线，然后再分别画出包括厄尔利效应和击穿现象的共发射极输出特性曲线图。

7、画出包括基极电阻在内的双极型晶体管的简化的交流小信号等效电路。

8什么是双极晶体管的特征频率仃？

写出fT的表达式，并说明提高fT的各项措施。

9、写出组成双极晶体管信号延迟时间Tec的4个时间的表达式。

其中的哪个时间与电流

Ie有关？

这使fT随Ie的变化而发生怎样的变化？

10、说明特征频率fT的测量方法。

11、什么是双极晶体管的最高振荡频率fM?

写出fM的表达式，说明提高fM的各项措施。

12、画出高频晶体管结构的剖面图，并标出图中各部分的名称

13、某均匀基区NPN晶体管的W=1卩m,D=20cm2s-1，试求此管的基区渡越时间tb。

当此管的基区少子电流密度JnE=102Acmf时，其基区少子电荷面密度Q为多少？

14、某均匀基区晶体管的W=2ym,Lb=10ym,试求此管的基区输运系数B*之值。

若将此管的基区掺杂改为如式（3-28）的指数分布，场因子n=6,则其B*变为多少？

15、某均匀基区NPN晶体管的W=2ym,NTOlm1,Db=18cm2s-1,tb=5X10-7s，试求该管的基区输运系数B*之值。

又当在该管的发射结上加的正向电压，集电结短路时，该管

的JnE和JnC各为多少？

16、某均匀基区晶体管的注入效率Y=，若将其发射结改为异质结，使基区的禁带宽度eGB比发射区的禁带宽度eGE小，则其注入效率丫变为多少？

若要使其丫仍为，则其有源基区方块电阻Rob1可以减小到原来的多少？

17、某双极型晶体管的Rob1=1000Q,FU=5Q,基区渡越时间tb=10-9s,当Ib=时，Ic=10mA求该管的基区少子寿命tbo

18、某晶体管的基区输运系数B*=，注入效率Y=，试求此管的a与Bo当此管的有源基区方块电阻Rob1乘以3,其余参数均不变时，其a与B变为多少？

19、某双极型晶体管当IB1=时测得IC1=4mA，当IB2=时测得Ic2=5mA，试分别求此

IC=4mA时的直流电流放大系数B与小信号电流放大系数BOo

20、某缓变基区NPN晶体管的B\Cbo=120V，B=81，试求此管的BNCeo,

21、某高频晶体管的fb=5MHz当信号频率为f=40MHZ寸测得其|B.|=10，则当f=80MHz

时|B“为多少？

该管的特征频率fT为多少？

该管的B0为多少？

22、某高频晶体管的B。

=50,当信号频率f为30MHZ时测得|B"=5，求此管的特征频率仃，以及当信号频率f分别为15MHz和60MHZ寸的|BJ之值。

23、某高频晶体管的基区宽度W=1ym基区渡越时间tb=X10-10s,fT=550MHz当该

管的基区宽度减为卩m其余参数都不变时，ft变为多少?

24、某高频晶体管的fB=20MHz当信号频率为f=100MHz时测得其最大功率增益为K-=24，则当f=200MHz时K-x为多少？

该管的最高振荡频率fM为多少？

25、画出NPh缓变基区晶体管在平衡时和在放大区、饱和区及截止区工作时的能带图。

26、画出NPN缓变基区晶体管在平衡时和在放大区、饱和区及截止区工作时的少子分布图。

27、某晶体管当Ibi=时测得Ici=4mA当IB2=时测得IC2=5mA试分别求此管当lc=4mA时的直流电流放大系数B与增量电流放大系数B。

。

28、已知某硅NPN均匀基区晶体管的基区宽度W=2卩m基区掺杂浓度nB=5X1016cm3,基区少子寿命

tB=1卩S,基区少子扩散系数DB=帖扇“，以及从发射结注入基区的少子电流密度JnE=cnf。

试计算基区中靠近发射结一侧的非平衡少子电子浓度％（0）、发射结电压Vbe和基区输运系数B*。

2-1

29、已知某硅NPN缓变基区晶体管的基区宽度W=卩m基区少子扩散系数DB=20cms,基区自建场因子n=20,试计算该晶体管的基区渡越时间tb。

30、对于基区和发射区都是非均匀掺杂的晶体管，试证明其注入效率丫可表为

上式中，Q。

和Qo分别代表中性发射区和中性基区的杂质电荷总量，De和DB分别代表中

性发射区和中性基区的少子有效扩散系数。

31、已知某硅NPN均匀基区晶体管的基区宽度W=卩m基区掺杂浓度nB=1017cm3，基区少子寿命

tB=10-7s，基区少子扩散系数DB=18cnV，发射结注入效率丫=，发射结面积Ae=104ym2。

表面和势垒区复合可以忽略。

当发射结上有的正偏压时，试计算该晶体管的基极电流IB、

集电极电流lc和共基极电流放大系数a分别等于多少?

32、已知某硅NPN均匀基区晶体管的基区宽度W=卩m基区掺杂浓度nB=4X1017cm-3,基区少子寿命

tB=10-6s，基区少子扩散系数DB=18cm2s-1，发射结面积A=10"cmf。

（1）如果发射区为非均匀掺杂，发射区的杂质总数为QEOq=8X109个原子，发射区少

子扩散系数De=2cm2s-1，试计算此晶体管的发射结注入效率丫。

（2）试计算此晶体管的基区输运系数B*。

（3）试计算此晶体管的共发射极电流放大系数B。

（4）在什么条件下可以按简化公式

来估算B?

在本题中若按此简化公式来估算B，则引入的百分误差是多少？

33、在N型硅片上经硼扩散后，得到集电结结深Xjc=卩m有源基区方块电阻R^bi=800Q,再经磷扩散后，得发射结结深Xje=卩m发射区方块电阻Roe=10Q。

设基区少子寿命tB=10-7S，基区少子扩散系数D=15cm2s-1，基区自建场因子n=8，试求该晶体管的电流放大系数a与B分别为多少？

34、在材料种类相同，掺杂浓度分布相同，基区宽度相同的条件下，PNP晶体管和NPN

晶体管相比，哪种晶体管的发射结注入效率丫较大？

哪种晶体管的基区输运系数B*较大？

35、已知某硅NPN均匀基区晶体管的基区宽度W=卩m基区掺杂浓度nB=1017cm-3，集电区掺杂浓度

nc=1016cm3，试计算当VCb=0时的厄尔利电压V的值。

36、有人在测晶体管的Ice舶同时，错误地用一个电流表去测基极与发射极之间的浮空电势，这时他声称测到的lCEC实质上是什么？

37、某高频晶体管的f尸20MHz当信号频率f=100MHZ寸测得其最大功率增益KmaF24

试求：

（1）该晶体管的最高振荡频率fM。

（2）当信号频率f为200MHZ时该晶体管的Kpmax之值。

38、某硅NPN缓变基区晶体管的发射区杂质浓度近似为矩形分布，基区杂质浓度为指数分布，从发射结处的nB（0）=1018cm-3，下降到集电结处的m（W）=5x1015cmi3，基区宽度W=2卩m基区少子扩散系数D=12cm/s，基极电阻Fk=75Q,集电区杂质浓度nc=1015cm3，集电区宽度WC=10卩m发射结面积A和集电结面积At均为

5X10-4cm。

工作点为：

le=10mA,VCb=6V。

（正偏的势垒电容可近似为零偏势垒电容的倍。

）试计算：

（1）该晶体管的四个时间常数teb、tb、tc、tc，并比较它们的大小；

（2）该晶体