电子科技大学微电子器件习题修订稿.docx
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电子科技大学微电子器件习题修订稿
件习题
内部编号：
（YUUT・TBBY-MMUT・URRUY・UOOY-DBUYI・0128）
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^1.5X10:
6cm-3,则室温下该区的
平衡多子浓度Ao与平衡少子浓度％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（），内建电势仏就越（），反向饱和电流％就越（），势垒电容G就越（），雪崩击穿电压就越（）。
5、硅突变结内建电势仏可表为（），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，少子浓度每与外加电压7之间的关系可
表示为（）。
若P型区的掺杂浓度A^1.5X1017cm-3,外加电压
0.52V,则P型区与耗尽区边界上的少子浓度每为（）。
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（）。
10、PN结的正向电流由（）电流、（）电流和
（）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
（）O
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
（）o在薄基区二极管中，少子浓度的分布近似为（）。
）浓度远小于该区的
）多子浓度可以忽
）浓度远大于该区的
）多子浓度可以忽
）电荷随外加电压的变化
16、小注入条件是指注入某区边界附近的（
（）浓度，因此该区总的多子浓度中的（
略。
17、大注入条件是指注入某区边界附近的（
（）浓度，因此该区总的多子浓度中的（
略。
18、势垒电容反映的是PN结的（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
（）O
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（
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（
23、
PN结的掺杂浓度越高，雪崩击穿电压就越
）:
结深越浅,
雪崩击穿
24、雪崩击穿和齐纳击穿的条件分别是（
）O
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结反向饱和电流厶的表达式，并对影响厶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
15、已知某PN结的反向饱和电流为L=10"A,试分别求当外加0.5V正向电压和（-0.5V）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-nA,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"之值。
若此PN结存在寄生串联电阻凡二4Q，则在同样的测试条件下％将变为多少？
17、某硅单边突变结的雪崩击穿临界电场£^3.5X105Vcm_1,开始发生雪崩击穿时的耗尽区宽度应二8.57Um,求该PN结的雪崩击穿电压％。
若对该PN结外加|刃二0.25%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G与杂质浓度无关，则为了使雪崩击穿电压“提高1倍，发生雪崩击穿时的耗尽区宽度惫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结的入二0.7V,当外加-4.3V的反向电压时测得其势垒电容为8pF,则当外加-19.3V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仏二0.7V,当外加电压0.3V时的势垒电容与扩散电容分别是2pF和2X10_ipF，试求当外加电压0.6V时的势垒电容与扩散电容分别是多少？
21、某硅突变结的必二IX1016cm-3,斫5X1016cm-3，试计算平衡状态下的
（1）内建电势入；
（2）P区耗尽区宽度禺、N区耗尽区宽度禺及总的耗尽区宽度Ab:
（3）最大电场强度
nax°
22、某单边突变结在平衡状态时的势垒区宽度为股，试求外加反向电压应为内建电势人的多少倍时，才能使势垒区宽度分别达到2能和3巫。
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血和心，试推导出这两个区域之间的内建电势公式。
如果心产IX102°cm-3,
血二lX1016cm-\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2Abexp（-^/；）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10lscm-3,A=0.4Um,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结的防lOW,/%=1015cm_3o
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。
（2）将此PIN结的最大电场与不包含I区的PN结的最大电场进行比较。
设后者的P区与N区的掺杂浓度分别与前者的P区与N区的相同。
4Nd・Na
■Nd
-Xi2
-Na
X/1
►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At（x）=10"exp（~x/2X10_：
）cnf'和Al（x）二N、（0）exp（-x/10_，）cm'3
（1）如果要使结深羽二lUm,则受主杂质的表面浓度広（0）应为多少？
（2）试计算结深处的杂质浓度梯度力的值。
（3）若将此PN结近似为线性缓变结，设人二0.7V,试计算平衡时的耗尽区最大电场&込，并画出内建电场分布图。
27、试证明在一个P区电导率5远大于N区电导率乙的PN结中，当外加正向电压时空穴电流远大于电子电流。
28、已知心‘二皿Wexp（-=GT^exp（-eto/&7）,式中久、心分别代表导带底、价带顶的有效状态密度，皈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。
试求反向饱和电流厶与温度的关系，并求厶随温度的相对变化率（力o/刃）/厶，同时画出电压一定时的厶、7曲线。
29、某PW结的雪崩击穿临界电场仁为32V/nm,当N■区的长度足够长时，击穿电压％为14妙。
试求当K区的长度缩短为3Pm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0.6V,当外加反向电压为3.0V时测得势垒电容为10pF,试计算当外加0.2V正向电压时的势垒电容。
31、某结面积为10_5cm2的硅单边突变结，当（入-卩）为1.0V时测得其结电容为1.3pF,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时，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卞结的N区杂质浓度妒1016cm-3,N区少子扩散长度厶二
10Um,结面积用0.01cm2,外加0.6V的正向电压。
试计算当N区厚度分别为100Pm和3Pm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（
）o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
）区掺杂浓度。
4、
晶体管的共基极直流短路电流放大系数。
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0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300urn和
60Um,则其长度方向和宽度方向上的电阻分别为（
要获得lkQ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。
会（）。
这是由于小电流时,
发射极电流中
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、
▲s是指（
）结短路、
（
）结反偏时的（
）极电流。
15、
•Ss是指（
）结短路、
（
）结反偏时的（
）极电流。
16、
Z：
BO是指（
）极开路、
（
）结反偏时的（
）极电流。
17、
屆是指（
）极开路、
（
）结反偏时的（
）极电流。
18、
皿是指（
）极开路、
（
）结反偏时的（
）极电流。
19、
方&o是指（
）极开路、
（
）结反偏，当（
）-8时的
20、
方％EO是指（
）极开路、
（
）结反偏，当（
）一8时的血。
21、
方沧50是指（
）极开路、
（
）结反偏，当（
）—00时的％B。
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，万阪（）万阪。
24、要降低基极电阻2V，应当（
25、无源基区重掺杂的目的是（
26、发射极增量电阻并的表达式是（
时，并二（）O
）基区掺杂浓度，（）基区宽度。
）。
）。
室温下当发射极电流为1mA
27、随着信号频率的提高，晶体管的a3,03的幅度会（）,相角会
（）O
28、在高频下，基区渡越时间5对晶体管有三个作用，它们是:
（）、（）和
（）O
29、基区渡越时间6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as丨随频率的（）而下降。
当晶体管
的丨|下降到（）时的频率，称为a的截止频率，记为（）。
31、晶体管的共发射极电流放大系数|0訂随频率的（）而下降。
当晶体
1
管的；下降到宀0。
时的频率，称为Q的（），记为（）。
32、当/>>拆时，频率每加倍，晶体管的丨0訂降到原来的（）；最大功
率增益心^降到原来的（）。
33、当（）降到1时的频率称为特征频率右。
当（）降到1时的频率称为最高振荡频率瓦。
34、当*3丨降到（）时的频率称为特征频率拆。
当4讣降到（）时的频
率称为最咼振荡频率Ao
35、晶体管的高频优值M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，丁“中以（）为主，这时提高特征
频率壬的主要措施是（）。
38、为了提高晶体管的最高振荡频率兀，应当使特征频率右（），基极
电阻2V（）,集电结势垒电容Gc（）。
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7；经过晶体管变成输出电流厶时，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待性，如丫、卩、Ge、
比、以、皿等产生什么影响？
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彳写出不的表达式，并说明提高不的各项措施。
9、写出组成双极晶体管信号延迟时间Sc的4个时间的表达式。
其中的哪个时间与电流厶有关？
这使鸟随厶的变化而发生怎样的变化？
10、说明特征频率斤的测量方法。
11、什么是双极晶体管的最高振荡频率E写出E的表达式，说明提高无的各项措施。
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Ws=1Ds=勿初si试求此管的基区渡越时间几。
当此管的基区少子电流密度人二102Acm-2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dm,L尸10m,试求此管的基区输运系数
/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〃二6,则其/变为多少？
15、某均匀基区MPN晶体管的W3=2mn,Ai=1017cm_\Ds=lScufs'1,
5二5X10-1,试求该管的基区输运系数0*之值。
又当在该管的发射结上加0.6V的正向电压，集电结短路时，该管的人和人各为多少?
16、某均匀基区晶体管的注入效率r=0.98,若将其发射结改为异质结，使基区的禁带宽度弘比发射区的禁带宽度宼小0.08eV,则其注入效率r变为多少？
若要使其厂仍为0.98,则其有源基区方块电阻斤细可以减小到原来的多少？
17、某双极型晶体管的尼沪1000Q,金e二5Q,基区渡越时间rb=10'9s,当厶二0.1mA时，Ic=10mA,求该管的基区少子寿命
18、某晶体管的基区输运系数0»二0.99,注入效率丫二0.97,试求此管的a与0。
当此管的有源基区方块电阻斤口乘以3,其余参数均不变时，其a与0变为多少？
19、某双极型晶体管当7bi=0.05mA时测得Tci=4mA,当厶:
二0.06mA时测得Ic：
=5mA,试分别求此管当
Ic=4mA时的直流电流放大系数0与小信号电流放大系数00。
20、某缓变基区MPN晶体管的BV^=120V,0二81,试求此管的B血。
21、某高频晶体管的拆二5MHz,当信号频率为&40MHz时测得其0訂二10,则当&80MHz时丨03丨为多少？
该管的特征频率右为多少？
该管的0。
为多少？
22、某高频晶体管的0。
二50,当信号频率f为30MHz时测得|久=5,求此管的特征频率E，以及当信号频率f分别为15MHz和60MHz时的0“之值。
23、某高频晶体管的基区宽度W5=lum,基区渡越时间珥二2.7XW性,汗二550MHz。
当该管的基区宽度减为0.5um,其余参数都不变时，拆变为多少？
24、某高频晶体管的％二20MHz,当信号频率为f=100MHz时测得其最大功率增益为心『24，则当f=200MHz时忆込为多少？
该管的最高振荡频率不为多少？
25、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、某晶体管当厶】二0.05mA时测得IC1=4mA,当1.2=0.06mA时测得IC2=
5mA,试分别求此管当Ic=4mA时的直流电流放大系数0与增量电流放大系数
00。
28、已知某硅NPN均匀基区晶体管的基区宽度//F2Um,基区掺杂浓度必二
5X1016cm\基区少子寿命
tFlus,基区少子扩散系数2二15cm's匕以及从发射结注入基区的少子电流密度Ze二0.lA/cm2。
试计算基区中靠近发射结一侧的非平衡少子电子浓度尽（0）、发射结电压&和基区输运系数仁
29、已知某硅NPN缓变基区晶体管的基区宽度鳳二0.5nm,基区少子扩散系数A二20cm：
S-1,基区自建场因子H二20,试计算该晶体管的基区渡越时间
fbo
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y可表为
上式中，和念分別代表中性发射区和中性基区的杂质电荷总量，2和仇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媚二0.7nm,基区掺杂浓度心二
101cm\基区少子寿命
坛10隹，基区少子扩散系数A二18cm：
s=发射结注入效率y二0.995,发射结面积凡二10'mn2o表面和势垒区复合可以忽略。
当发射结上有0.7V的正偏压时，试计算该晶体管的基极电流厶、集电极电流厶和共基极电流放大系数a分別等于多少？
32、已知某硅NPN均匀基区晶体管的基区宽度媚二0.5um,基区掺杂浓度心二4XIO1cm-3,基区少子寿命
妒10%,基区少子扩散系数2二18cm：
s-\发射结面积凡二10-5cm2o
（1）如果发射区为非均匀掺杂，发射区的杂质总数为^/q=8X109个原子，发射区少子扩散系数2二2cm2s-1，试计算此晶体管的发射结注入效率yo
（2）试计算此晶体管的基区输运系数仁
（3）试计算此晶体管的共发射极电流放大系数0o
（4）在什么条件下可以按简化公式
來估算0在本题中若按此简化公式来估算0,则引入的百分误差是多少？
33、在N型硅片上经硼扩散后，得到集电结结深忑二2.lPm,有源基区方块电阻金旳二800Q,再经磷扩散后，得发射结结深X”二1.3Pm,发射区方块电阻甩二10Q。
设基区少子寿命妒10_7s,基区少子扩散系数2二15cm2s_1,基区自建场因子8,试求该晶体管的电流放大系数a与0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/较大？
哪种晶体管的基区输运系数穴较大?
35、已知某硅NPN均匀基区晶体管的基区宽度媚二2.5nm,基区掺杂浓度心二1017cm-3,集电区掺杂浓度
nc=1016cm-3,试计算当&二0时的厄尔利电压％的值。
36、有人在测晶体管的的同时，错误地用一个电流表去测基极与发射极之间的浮空电势，这时他声称测到的丘。
实质上是什么？
37、某高频晶体管的ffi=20MHz,当信号频率&100MHz时测得其最大功率增益A；论二24o试求：
（1）该晶体管的最高振荡频率丘。
（2）当信号频率/•为200MHz时该晶体管的尤皿•:
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7%（0）=1013cm-3,下降到集电结处的/（%）=5X1015cm-3,基区宽度疾2um,基区少子扩散系数店12cm7s,基极电阻施二75Q,集电区杂质浓度处=1015cm-3,集电区宽度妮=10Pm,发射结面积凡和集电结面积沧均为
5X10七斥。
工作点为：
1=10mA,&二6VO（正偏的势垒电容可近似为零偏势垒电容的2.5倍。
）试计算：
（1）该晶体管的四个时间常数如纭如3并比较它们的大小;
（2）该晶体管的特征频率斤
（3）该晶体管当信号频率F400MHz时的最大功率增益心吐;
（4）该晶体管的高频优值胚
（5）该晶体管的最高振荡频率瓦。
39、在某偏置在放大区的NPN晶体管的混合n参数中，假设G完全是中性基区载流子贮存的结果，G完全是集电结空间电荷区中电荷变化的结果。
试问：
（1）当电压血维持常数，而集电极电流厶加倍时，基区中靠近发射结一侧的少子浓度心（0）将加倍、减半、还是儿乎维持不变？
基区宽度俺将加倍、减半、还是儿乎维持不变？
（2）由于上述参数的变化，参数屆、凡、&、G、G将加倍、减半、还是儿乎维持不变？
（3）当电流&维持常数，而集电结反向电压的值增加，使基区宽度届减小一半时，炖（0）将加倍、减半还是儿乎维持不变？
第五章绝缘栅场效应晶体管
填空题
1、N沟道M0SFET的衬底是（）型半导体，源区和漏区是（）型半导
体，沟道中的载流子是（）。
2、P沟道M0SFET的衬底是（）型半导体，源区和漏区是（）型半导
体，沟道中的载流子是（）。
3、当沧二％时，栅下的硅表面发生（）,形成连
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