微电子器件刘刚前三章课后答案
微电子器件_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
微电子器件_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.处于平衡态的PN结，其费米能级EF（）。
答案:处处相等2.由PN结能带图可见，电子从N区到P区，需要克服一个高度为（）的势垒。
答案:3.不考虑势垒区的产生-复合电流，Jdn和Jdp在PN结的势垒区（）。
答案:均为常数4.正向偏置增加了耗尽层内的载流子浓度且高于其热平衡值，这导致了该区域内载流子出现（）过程占优。
答案:复合5.对突变PN结，反向电压很大时，可以略去，这时势垒电容与（）成反比。
答案:6.在开关二极管中常采用掺金的方法来提高开关管的响应速度。
也可采用掺铂、电子辐照、中子辐照等方法，其目的是（）。
答案:引入复合中心降低少子寿命7.双极晶体管效应是通过改变（）。
答案:正偏PN结的偏压来控制其附近反偏结的电流8.在缓变基区晶体管中，由于基区中存在内建电场，基区渡越时间变为（）。
9.在测量ICBO时，双极型晶体管的发射结和集电结分别处于（）。
答案:反偏和反偏10.为了降低基极电阻，通常采用对非工作基区进行（）的掺杂。
答案:高浓度、深结深11.ICBO代表( ) 时的集电极电流，称为共基极反向截止电流。
答案:发射极开路、集电结反偏12.以下哪些措施可以增大MOSFET的饱和区漏极电流：（）。
减小栅氧化层厚度13.以下哪些措施可以降低MOSFET的亚阈区摆幅：（）。
答案:降低衬底掺杂浓度14.以下哪些措施可以防止MOSFET的沟道穿通：（）。
答案:增加衬底掺杂浓度15.当MOSFET的栅极电压较大时，随着温度的温度升高，漏极电流将（）。
答案:减小16.MOSFET的（）是输出特性曲线的斜率，（）是转移特性曲线的斜率。
漏源电导，跨导17.以下哪些措施可以缓解MOSFET阈电压的短沟道效应：（）。
答案:减小氧化层厚度18.PN结的空间电荷区的电荷有（）。
答案:施主离子受主离子19.PN结的内建电势Vbi与（）有关。
答案:温度材料种类掺杂浓度20.反向饱和电流的大小主要决定于半导体材料的（）。
微电子技术基础 全册习题解答
微电子技术基础全册习题解答第1章习题解答1．微电子学主要以半导体材料的研究为基础，以实现电路和系统的集成为目的，构建各类复杂的微小化的芯片，其涵盖范围非常广泛，包括各类集成电路（Integrated Circuit，IC）、微型传感器、光电器件及特殊的分离器件等。
2．数字集成电路、模拟集成电路、数模混合集成电路。
3．设计、制造、封装、测试。
4．微机电系统是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统及电源于一体的系统。
典型应用包括微加速度计、微磁力计、微陀螺仪等。
第2章习题解答1．（100）平面：4.83Å，（110）平面：6.83Å2．略。
3．略。
4．硅的原子密度约为5×1022/cm3，硅外层有四个价电子，故价电子密度为2×1023/cm3 5．N型掺杂杂质：P、As、Sb，P型掺杂杂质：B、Al、Ga、In6．As有5个价电子，为施主杂质，形成N型半导体7．当半导体中同时存在施主和受主杂质时，会发生杂杂质补偿作用，在实际工艺中杂质补偿作用使用的非常广泛，例如在P阱结构中制备NMOS管8．理想半导体假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。
理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。
理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。
9．费米能级用于衡量一定温度下，电子在各个量子态上的统计分布。
数值上费米能级是温度为绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级。
10．状态密度函数表示能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数。
11．费米-狄拉克概率函数表示热平衡状态下电子（服从泡利不相容原理的费米子）在不同能量的量子态上统计分布概率。
12．1.5k0T：费米函数0.182，玻尔兹曼函数0.2334k0T：费米函数0.018，玻尔兹曼函数0.018310k0T：费米函数4.54×10-5，玻尔兹曼函数4.54×10-513．所以假设硅的本征费米能级位于禁带中央是合理的14．假设杂质全部由强电离区的E FN D=1019/cm3；E F=E c-0.027eV15．未电离杂质占的百分比为得出：T=37.1K16．本征载流子浓度：1013/cm 3，多子浓度： 1.62×1013/cm 3，少子浓度：6.17×1012/cm 3，E F -E i =0.017eV17．*pC V 0i F *n 3ln 24m E E k T E E m +==+，当温度较小时，第二项整体数值较小，本征费米能级可近似认为处于禁带中央。
微电子器件课后答案(第三版)
Hale Waihona Puke 得：VBE 0.55V WB2 1 WB 已知： 1 1 , 将 n 106 s 及 WB 、DB 2 LB 2 DB n
q
s
N D xn , 由此得：xn
q
s
N A xp , 由此得：xp
s Emax
qN A
(2) 对于无 I 型区的 PN 结： q xi1 0, xi2 0, E1 N D ( x xn ), s
在 x 0 处，电场达到最大， Emax q
E3 N D xn
0
AE q 2 DE ni2 1 QEO
1
再根据注入效率的定义，可得：
J pE QBO DE J nE J nE 1 1 J E J nE J pE J nE QBE DB
9、
I C AE J nC AE J nE
1 2
39、
qV I F I 0 exp kT dI F qI F gD dV kT kT 当 T 300K 时, 0.026 V, 对于 I F 10 mA 0.01 A， q 10 1 gD 0.385s, rD 2.6 26 gD kT 373 在 100C 时， 0.026 0.0323V, q 300 10 1 gD 0.309s, rD 3.23 32.3 gD
电子功能材料与元器件习题答案教学内容
电子功能材料与元器件习题答案第一章作业1形状记忆合金为什么具有形状记忆的功能？答：马氏体相变过程如右图。
将形状记忆合金从高温母相（a）冷却，在低于室温附近的某一温度时，母相（a）变为马氏体相（b），这时的马氏体是由晶体结构相同，结晶方向不同的复数同系晶体构成，同母相相比，各同系晶体都发生了微小变形，但形成同系晶体时避免相互之间形变，从而保证在外形上没有改变。
马氏体相中的A面和B面在足够小的力下即能移位，所以马氏体相材料柔软，易变形，在外力作用下，马氏体向着外力择优的方向变形为变形马氏体相（c）。
此材料在加温时，又能返回母相（a）,从而恢复形状，马氏体相（b）在温度高于一定程度逆相变点Af时也能返回高温母相。
一般来说，高温母相只有温度冷却到马氏体相变温度Ms以下时，才开始向马氏体相转变，但在外力作用下，即使温度高于逆相变点（Af）,也能形成马氏体相，但此时仅能形成择优方向的变形马氏体，由于在温度高于（Af）时，马氏体相能量不稳定，除去电荷后立即能恢复到母相（a）。
综上可知，形状记忆合金具有形状记忆功能。
2•分析说明温度变化对咼纯的 Cu ，Si 及（Cu-AI-Ti-Ni ）形状记忆合金电阻率（p ）的影响1） Cu （金属）：温度升高散射作用增大，电阻率（p ）升高；温度下降散射作用 减小，电阻率（p ）下降；2） Si （半导体）：温度升高晶格散射加剧会使 p n 减小，但激发产生的载流子增 多，使p 减小占优势，从而使宏观电阻率 p 减小，使Si 呈现负温度特性。
3） （Cu-AI-Ti-Ni ）形状记忆合金：① .母相立方晶体，晶格畸变小，散射作用弱， p 小，马氏体相为斜方晶体，晶 格畸变大，散射作用大，p 大。
② 相变过程中，混合相看哪相比例大。
③ 温度升高，散射作用大，p 增大；温度下降，散射作用小，p 减小；④ 实线（降温过程）：母相（高温） -Ms: T 减小，p 减小；Ms - M f ：立方一 斜方变化，T 减小，p 增大；M f -马氏体：T 减小，p 减小虚线（升温过程）：马氏体 —As: T 升高，p 增大。
电子电路基础_刘京南_课后习题解答
第一章例题分析题1.1 电路如题图1.1所示，试判断图中二极管是导通还是截止，并求出ＡＯ两端的电压ＵＡＯ。
设二极管是理想的。
解：分析：二极管在外加正偏电压时是导通，外加反偏电压时截止。
正偏时硅管的导通压降为0.6～0.8V 。
锗管的导通压降为0.2～0.3V 。
理想情况分析时正向导通压降为零，相当于短路；反偏时由于反向电流很小，理想情况下认为截止电阻无穷大，相当于开路。
分析二极管在电路中的工作状态的基本方法为“开路法”，即：先假设二极管所在支路断开，然后计算二极管的阳极（P 端）与阴极（N 端）的电位差。
若该电位差大于二极管的导通压降，该二极管处于正偏而导通，其二端的电压为二极管的导通压降；如果该电位差小于导通压降，该二极管处于反偏而截止。
如果电路中存在两个以上的二极管，由于每个二极管的开路时的电位差不等，以正向电压较大者优先导通，其二端电压为二极管导通压降，然后再用上述“开路法”法判断其余二极管的工作状态。
一般情况下，对于电路中有多个二极管的工作状态判断为：对于阴极（N 端）连在一起的电路，只有阳极（P 端）电位最高的处于导通状态；对于阳极（P 端）连在一起的二极管，只有阴极（N 端）电位最低的可能导通。
图（a ）中，当假设二极管的VD 开路时，其阳极（P 端）电位P U 为-6V ，阴极（N 端）电位N U 为-12V 。
VD 处于正偏而导通，实际压降为二极管的导通压降。
理想情况为零，相当于短路。
所以V U AO 6-=；图（b ）中，断开VD 时，阳极电位V U P 15-=，阴极的电位V U N 12-=， ∵ N PUU < ∴ VD 处于反偏而截止∴ VU AO 12-=； 图（c ），断开VD1,VD2时∵ V U P 01= V U N 121-= 11N P U U >V U P 152-= V U N 122-= 22N P U U<∴ VD1处于正偏导通，VD2处于反偏而截止V U AO 0=；或，∵ VD1，VD2的阴极连在一起∴ 阳极电位高的VD1就先导通，则A 点的电位V U AO 0=，而 A N P U UV U =<-=2215∴ VD2处于反偏而截止 图（d ），断开VD1、VD2，∵ V U P 121-= V U N 01= 11N P U U < V U P 122-= VU N 62-= 22N P U U <；∴ VD1、VD2均处于反偏而截止。
微电子器件刘刚前三章课后答案
课后习题答案1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学中又是用什么方法来描述的？解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。
然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。
因此，经典物理无法准确描述电子的状态。
在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢k 建立联系的，即ch p h E ====υωυ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的那么是粒子波动性的频率ω和波矢k 。
1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？解：波函数ψ是空间和时间的复函数。
与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。
如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以()()()t r t r t r ,,,2ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体积元z y x ∆∆∆中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ∆∆∆2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。
解：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能导电。
半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。
所以半导体在室温下就有一定的导电能力。
而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。
1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。
由此产生的载流子称为本征载流子。
本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。
对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002式中，N C ，N V 以与Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。
模拟电子技术基础第四版习题解答
图T1.3解：U O1=1.3V , U O2=0V , U O3=-1.3V , U O4=2V , U O5=1.3V , U O6=-2V 。
四、已知稳压管的稳压值U Z =6V ，稳定电流的最小值I Zmin =5mA 。
求图Tl.4 所示电路中U O1和U O2各为多少伏。
(a) (b)图T1.4解：左图中稳压管工作在击穿状态，故U O1=6V 。
右图中稳压管没有击穿，故U O2=5V 。
五、电路如图T1.5所示，V CC =15V ，?=100，U BE =0.7V 。
试问：(1)R b =50k ?时，U o=?(2)若T 临界饱和，则R b =?解：(1)26BB BE B bV U I A R μ-==， 2.6C B I I mA β==,2O CC C c U V I R V =-=。
图T1.5(2)∵ 2.86CC BE CS cV U I mA R -==， /28.6BS CS I I A βμ== ∴45.5BB BE b BSV U R k I -==Ω 六、测得某放大电路中三个MOS 管的三个电极的电位如表Tl.6 所示，它们的开启电压也在表中。
试分析各管的工作状态（截止区、恒流区、可变电阻区），并填入表内。
图P1.2 解图P1.2解：i u 与o u 的波形如解图Pl.2所示。
1.3电路如图P1.3所示，已知t u i ωsin 5=(V )，二极管导通电压U D =0.7V 。
试画出i u 与o u 的波形图，并标出幅值。
图P1.3 解图P1.3解：波形如解图Pl.3所示。
1.4电路如图P1.4所示, 二极管导通电压U D =0.7V ,常温下mV U T 26≈，电容C 对交流信号可视为短路；i u 为正弦波，有效值为10mV 。
试问二极管中流过的交流电流的有效值为多少？解：二极管的直流电流其动态电阻:/10D T D r U I ≈=Ω 图P1.4故动态电流的有效值：/1d i D I U r mA =≈1.5现有两只稳压管，稳压值分别是6V 和8V ，正向导通电压为0.7V 。
第1章课后习题参考答案
第一章半导体器件基础1．试求图所示电路的输出电压Uo，忽略二极管的正向压降和正向电阻。
解：（a）图分析：1）若D1导通，忽略D1的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则U O=1V，U D2=1-4=-3V。
即D1导通，D2截止。
2）若D2导通，忽略D2的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则U O=4V，在这种情况下，D1两端电压为U D1=4-1=3V，远超过二极管的导通电压，D1将因电流过大而烧毁，所以正常情况下，不因出现这种情况。
综上分析，正确的答案是U O= 1V。
（b）图分析：1.由于输出端开路，所以D1、D2均受反向电压而截止，等效电路如图所示，所以U O=U I=10V。
2．图所示电路中，E<uI。
二极管为理想元件，试确定电路的电压传输特性(uo-uI曲线)。
解：由于E<u I，所以D1截止、D2导通，因此有u O=u I –E。
其电压传输特性如图所示。
u oE u i3．选择正确的答案填空在图所示电路中，电阻R为6Ω，二极管视为理想元件。
当普通指针式万用表置于R×1Ω挡时，用黑表笔(通常带正电)接A点，红表笔(通常带负电)接B点，则万用表的指示值为( a )。
a.l8Ω，b.9Ω，c.3Ω，d.2Ω,e.0Ω解：由于A端接电源的正极，B端接电源的负极，所以两只二极管都截止，相当于断开，等效电路如图，正确答案是18Ω。
4．在图所示电路中，uI =10sinωt V，E = 5V，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出输出电压uo的波形。
解： （a ）图当u I ＜E 时，D 截止，u O =E=5V ； 当u I ≥E 时，D 导通，u O =u I u O 波形如图所示。
（b ）图当u I ＜-E=-5V 时,D 1导通D 2截止，uo=E=5V ； 当-E ＜u I ＜E 时，D 1导通D 2截止，uo=E=5V ； 当u I ≥E=5V 时，uo=u I所以输出电压u o 的波形与（a ）图波形相同。
微电子器件 (附答案) (第三版)
kT ln ND= NA
q
ni2
=q 1.6 ×10−19 C,= εS 1.045×10−12 F cm ,
代入 | Emax |中，得：| Em= ax | 1.52 ×104 V cm
shanren
0.757 V,
8、(1)
N
I
P
−xi1 − xn −xi1 0 xi2
xi2 + xp
在 N型区，= dE1 dx
shanren
6、
ND2
ND1
由平衡时多子电流为零
Jn
=
qDn
dn dx
+
qµn nE
=
0
得： E =− Dn ⋅ 1 ⋅ dn =− kT ⋅ 1 ⋅ dn =− kT ⋅ d ln n
µn n dx
q n dx
q dx
∫ Vbi
= − ND1 Edx ND2
= kT ln n | q
ND1 ND2
− Emax
+
E
(
x)
= q N
εs
D
x
当 x = xn 时，E(x) = 0，因此
Emax
=
−q
εs
ND xn ，于是得：
E ( x=)
q
εs)
ND
(0 ≤ x ≤ xn )
shanren
（2-5a）
3、
(1)
Vbi
= kT ln N q
A ND ni2
= 0.026× ln
5 ×1032 2.25 ×1020
2
=
3.40×10−5 cm
shanren
4、
模电1-3章课后习题
填空1. 和开路PN结的结区宽度相比较，当PN结加正偏电压时，其结区宽度将变窄；当PN结加反偏电压时，其结区宽度将变宽。
2. 整流二极管的整流作用是利用PN结的单向导电特性，稳压管的稳压作用是利用PN结的反向击穿特性。
3. 三极管工作在放大状态时，发射结应正偏置，集电结应反偏置。
若工作在饱和状态时，发射结应正偏置，集电结应正偏置。
若工作在截止状态时，发射结应反偏置，集电结应反偏置。
4. 三极管电流放大系数β＝50，则α＝0.98 ；若α＝0.99，则β＝99 。
5. 当环境温度升高时，三极管的下列参数变化的趋势是：电流放大系数β增大，穿透电流I CEO增加，当I B不变时，发射结正向压降|U BE|减小。
6. 共射极放大电路中三极管集电极静态电流增大时，其电压增益将变大；若负载电阻R L变小时，其电压增益将变小。
7. 单级共射极放大电路产生截止失真的原因是静态Ic偏小；产生饱和失真的原因是Ic偏大；若两种失真同时产生，其原因是输入信号太大。
8. 试比较共射、共集和共基三种组态的放大电路，其中输入电阻较大的是共集电路；通频带较宽的是共基电路；输入电阻较小的是共基电路；输出电阻较小的是共集电路；输出信号与输入信号同相位的是共集和共基电路；电压增益小于1的是共集电路；带负载能力较强的是共集电路；既有电流放大能力又有电压放大能力的是共射电路。
9. 单级阻容耦合共射极放大电路的中频电压增益为-100，当信号频率为上限频率f H时，这时电路的实际增益为-77.7 ，其输出与输入信号的相位相差-225 度。
10. 某放大电路的对数幅频特性如图所示，由图可知，该电路的中频电压放大倍数为100 倍，上限频率f H＝2×106Hz，下限频率f L＝20 Hz，当信号频率恰好为f H或f L时，实际电压增益为37 dB。
11. 在PN结的形成过程中，载流子扩散运动是载流子的浓度差作用下产生的，漂移运动是载流子在内电场作用下产生的。
微电子器件与IC设计基础_第2版_刘刚_陈涛_课后答案(DOC)
课后习题答案1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。
然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。
因此，经典物理无法准确描述电子的状态。
在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢k 建立联系的，即k n ch p h E ====υωυ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢k 。
1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？解：波函数ψ是空间和时间的复函数。
与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。
如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以()()()t r t r t r ,,,2ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体积元z y x ∆∆∆中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ∆∆∆2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。
解：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能导电。
半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。
所以半导体在室温下就有一定的导电能力。
而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。
1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。
由此产生的载流子称为本征载流子。
本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。
对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。
第1章课后习题参考答案
第一章半导体器件基础1．试求图所示电路的输出电压Uo，忽略二极管的正向压降和正向电阻。
解：（a）图分析：1）若D1导通，忽略D1的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则U O=1V，U D2=1-4=-3V。
即D1导通，D2截止。
2）若D2导通，忽略D2的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则U O=4V，在这种情况下，D1两端电压为U D1=4-1=3V，远超过二极管的导通电压，D1将因电流过大而烧毁，所以正常情况下，不因出现这种情况。
综上分析，正确的答案是 U O= 1V。
（b）图分析：1.由于输出端开路，所以D1、D2均受反向电压而截止，等效电路如图所示，所以U O=U I=10V。
2．图所示电路中，E<uI。
二极管为理想元件，试确定电路的电压传输特性(uo-uI曲线)。
解：由于E<u I，所以D1截止、D2导通，因此有 u O=u I –E。
其电压传输特性如图所示。
u oE u i3．选择正确的答案填空在图所示电路中，电阻R为6Ω，二极管视为理想元件。
当普通指针式万用表置于R×1Ω挡时，用黑表笔(通常带正电)接A点，红表笔(通常带负电)接B点，则万用表的指示值为( a )。
Ω，Ω，Ω，Ω,Ω解：由于A端接电源的正极，B端接电源的负极，所以两只二极管都截止，相当于断开，等效电路如图，正确答案是18Ω。
4．在图所示电路中，uI =10sinωt V，E = 5V，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出输出电压uo的波形。
解：（a）图当u I＜E时，D截止，u O=E=5V；当u I≥E时，D导通，u O=u Iu O波形如图所示。
u I10Vωtuo10Vωt（b）图当u I＜-E=-5V时,D1导通D2截止，uo=E=5V；当-E＜u I＜E时，D1导通D2截止，uo=E=5V；当u I≥E=5V时，uo=u I所以输出电压u o的波形与（a）图波形相同。
5．在图所示电路中，试求下列几种情况下输出端F的电位UF及各元件(R、DA、DB)中通过的电流：( 1 )UA=UB=0V；( 2 )UA= +3V，UB = 0 V。
模电课后习题答案
第三部分 习题与解答习题1客观检测题一、填空题1、在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于掺入的 杂质浓度 ，而少数载流子的浓度则与 温度 有很大关系。
2、当PN 结外加正向电压时，扩散电流 大于 漂移电流，耗尽层 变窄 。
当外加反向电压时，扩散电流 小于 漂移电流，耗尽层 变宽 。
3、在N 型半导体中，电子为多数载流子， 空穴 为少数载流子。
二．判断题1、由于P 型半导体中含有大量空穴载流子，N 型半导体中含有大量电子载流子，所以P 型半导体带正电，N 型半导体带负电。
（ × ）2、在N 型半导体中，掺入高浓度三价元素杂质，可以改为P 型半导体。
（ √ ）3、扩散电流是由半导体的杂质浓度引起的，即杂质浓度大，扩散电流大；杂质浓度小，扩散电流小。
（× ）4、本征激发过程中，当激发与复合处于动态平衡时，两种作用相互抵消，激发与复合停止。
（ × ）5、PN 结在无光照无外加电压时，结电流为零。
（ √ ）6、温度升高时，PN 结的反向饱和电流将减小。
（ × ）7、PN 结加正向电压时，空间电荷区将变宽。
（× ）三．简答题1、PN 结的伏安特性有何特点？答：根据统计物理理论分析，PN 结的伏安特性可用式)1e (I I T V Vs D -⋅=表示。
式中，I D 为流过PN 结的电流；I s 为PN 结的反向饱和电流，是一个与环境温度和材料等有关的参数，单位与I 的单位一致；V 为外加电压； V T =kT/q ，为温度的电压当量（其单位与V 的单位一致），其中玻尔兹曼常数k .J /K -=⨯2313810，电子电量)(C 1060217731.1q 19库伦-⨯=，则)V (2.11594TV T =，在常温（T=300K ）下，V T =25.875mV=26mV 。
当外加正向电压，即V 为正值，且V 比V T 大几倍时，1e TV V >>，于是TV V s eI I ⋅=，这时正向电流将随着正向电压的增加按指数规律增大，PN 结为正向导通状态.外加反向电压，即V 为负值，且|V|比V T 大几倍时，1eTV V <<，于是s I I -≈，这时PN 结只流过很小的反向饱和电流，且数值上基本不随外加电压而变，PN 结呈反向截止状态。
《微电子器件》大学题集
《微电子器件》题集一、选择题（每题2分，共20分）1.微电子技术的核心是基于哪种材料的半导体器件？（）A. 硅（Si）B. 锗（Ge）C. 砷化镓（GaAs）D. 氮化硅（Si₃N₃）2.在CMOS集成电路中，NMOS和PMOS晶体管的主要作用是？（）A. 分别实现逻辑“1”和逻辑“0”的输出B. 作为开关控制电流的通断C. 用于构成存储单元D. 提供稳定的电压基准3.下列哪项不是PN结二极管的主要特性？（）A. 单向导电性B. 击穿电压高C. 温度稳定性好D. 具有放大功能4.在MOSFET中，栅极电压对沟道电流的控制是通过什么机制实现的？（）A. 改变沟道宽度B. 改变耗尽层宽度C. 改变载流子浓度D. 改变源漏间电阻5.双极型晶体管（BJT）在放大区工作时，集电极电流与基极电流的比值称为？（）A. 放大倍数B. 电流增益C. 电压增益D. 功耗比6.下列哪种材料常用于制作微电子器件中的绝缘层？（）A. 二氧化硅（SiO₃）B. 氧化铝（Al₃O₃）C. 氮化硼（BN）D. 碳化硅（SiC）7.在集成电路制造过程中，光刻技术的关键步骤是？（）A. 涂胶B. 曝光C. 显影D. 以上都是8.下列哪项技术用于提高集成电路的集成度？（）A. 减小特征尺寸B. 增加芯片面积C. 使用更厚的衬底D. 降低工作温度9.微电子器件中的金属-氧化物-半导体 （MOS）结构，其氧化物层的主要作用是？（）A. 提供导电通道B. 隔绝栅极与沟道C. 存储电荷D. 增强电场效应10.在CMOS逻辑电路中，静态功耗主要由什么因素决定？（）A. 漏电流B. 开关频率C. 逻辑门数量D. 电源电压与漏电流的共同作用二、填空题（每题2分，共20分）1.微电子器件的基本单元是_______，它通过控制_______来实现对电流的调控。
2.在PN结正向偏置时，_______区的多数载流子向_______区扩散，形成正向电流。
3.MOSFET的阈值电压是指使沟道开始形成_______的最小栅极电压。
电子课后答案
第1章自测题一、填空题：1、N型半导体是在本征半导体中掺入极微量的五价元素组成的。
这种半导体内的多数载流子为自由电子，少数载流子为空穴，定域的杂质离子带正电。
2、双极型三极管内部有基区、发射区和集电区，有发射结和集电结及向外引出的三个铝电极。
3、因PN结具有单向导电性，当PN结正向偏置时，内、外电场方向相反，PN 结反向偏置时，其内、外电场方向相同。
4、二极管的伏安特性曲线可划分为四个区，分别是死区、正向导通区、反向截止区和反向击穿区。
5、用指针式万用表检测二极管极性时，需选用欧姆挡的R×1k档位，检测中若指针偏转较大，可判断与红表棒相接触的电极是二极管的阴极；与黑表棒相接触的电极是二极管的阳极。
检测二极管好坏时，若两表棒位置调换前后万用表指针偏转都很大，说明二极管已经被击穿；两表棒位置调换前后万用表指针偏转都很小时，说明该二极管已经老化不通。
6、BJT中，由于两种载流子同时参与导电因之称为双极型三极管，属于电流控制型器件；FET中，由于只有多子一种载流子参与导电而称为单极型三极管，属于电压控制型器件。
7、当温度升高时，二极管的正向电压减小，反向电压增大。
8、稳压二极管正常工作应在反向击穿区；发光二极管正常工作应在正向导通区；光电二极管正常工作应在反向截止区。
9、晶闸管有阳极、阴极和门控极三个电极。
10、晶闸管既有单向导电的整流作用，又有可以控制导通时间的作用。
晶闸管正向导通的条件是阳极加正电压时，门控极也要有正向触发电压，关断的条件是晶闸管反偏或电流小于维持电流。
二、判断下列说法的正确与错误：1、P型半导体中定域的杂质离子呈负电，说明P型半导体带负电.。
（错）2、双极型三极管和场效应管一样，都是两种载流子同时参与导电。
（错）3、用万用表测试晶体管好坏和极性时，应选择欧姆档R×10k档位。
（错）4、温度升高时，本征半导体内自由电子和空穴数目都增多，且增量相等。
（对）5、无论任何情况下，三极管都具有电流放大能力。
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课后习题答案1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学中又是用什么方法来描述的？解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。
然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。
因此，经典物理无法准确描述电子的状态。
在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢k 建立联系的，即k n ch p h E ====υωυ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢k 。
1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？解：波函数ψ是空间和时间的复函数。
与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。
如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以()()()t r t r t r ,,,2ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体积元z y x ∆∆∆中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ∆∆∆2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。
解：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能导电。
半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。
所以半导体在室温下就有一定的导电能力。
而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。
1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。
由此产生的载流子称为本征载流子。
本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。
对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。
1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？解：当半导体中掺入施主杂质后，在其导带底的下方，距离导带底很近的范围内可以引入局域化的量子态能级。
该能级位于禁带中，称之为施主杂质能级。
同理，当半导体中掺入受主杂质后，在其价带顶的上方，距离价带顶很近的范围内也可引入局域化的受主杂质能级。
施主能级距离导带底很近，施主杂质电离后，施主能级上的电子跃迁进入导带，其结果向导带提供传导电流的准自由电子；而受主能级距离价带顶很近，受主杂质电离后，价带顶的电子跃迁进入受主能级，其结果向价带提供传导电流的空穴。
1.6 试比较N型半导体与P型半导体的异同。
解：对同种材料制作的不同型号的半导体来说，具有以下相同点：二者都具有相同的晶格结构，相同的本征载流子浓度，都对温度很敏感。
不同点是，N型半导体所掺杂质是施主杂质，主要是靠电子导电，电子是多数载流子，空穴是少数载流子：而P型半导体所掺杂质是受主杂质，主要靠空穴导电，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。
1.7 从能带的角度说明杂质电离的过程。
解：杂质能级距离主能带很近，其电离能一般都远小于禁带宽度。
因此，杂质能级与主能带之间的电子跃迁也比较容易完成。
以施主杂质为例，施主能级上的电子就是被该施主原子束缚着的电子。
它在室温下吸收晶格振动的能量或光子的能量（只要其能量高于杂质的电离能）后，就可以挣脱施主原子核对它的束缚，跃迁进入导带成为准自由电子。
这一过程称之为杂质电离。
电离以后的杂质带有正电荷，电离以前的杂质是电中性的。
1.8 什么是迁移率？什么是扩散系数？二者有何关系？解：迁移率是描述载流子在电场作用下输运能力的一个物理量；扩散系数是描述载流子在其浓度梯度作用下输运能力的物理量。
二者可以通过以下爱因斯坦关系建立联系：qkT =μD1.9 说明载流子的两种输运机制，并比较它们的异同。
解：载流子的输运机制可分为扩散运动和漂移运动两种。
扩散运动是在半导体中存在载流子的浓度梯度时，高浓度一边的载流子将会向低浓度一边输运。
这种运动称为载流子的扩散运动。
扩散运动的强弱与浓度梯度的大小成正比，即与载流子的分布梯度有关。
漂移运动是半导体中的载流子在电场力作用下的定向运动。
其强弱只与电场的大小成正比，与载流子的分布没有关系。
1.10 什么是费米能级？什么是准费米能级？二者有何差别？ 解：在热平衡条件下，半导体中能量为E 的能级被电子占据的几率f(E)服从费米-狄拉克分布()kT E E Fe Ef -+=11式中的E F 就是费米能级。
它是一个描述半导体电子系统中电子填充能带水平的标志性参数，也称为热平衡系统的化学势。
准费米能级是半导体系统在非平衡条件下（如关照或有电注入下），有非平衡载流子存在时，为了描述导带电子在导带各能级上的分布以及价带空穴在价带各个能级上的分布而引入的一个参考量。
其大小也反映了电子和空穴填充能带的水平。
值得注意的是，一个能带内消除非平衡的影响仅仅需要s 121110~10--，而少子寿命约为s 610-。
所以，在非平衡载流子存在的绝大部分时间内主能带的电子都处于平衡分布。
1.11 什么是扩散长度？扩散长度与非平衡少数载流子寿命有何关系？解：扩散长度是描述载流子浓度随着扩散深度增加而衰减的特征长度。
扩散长度与非平衡少数载流子寿命的关系如下：n n n p p D L ττ==,D L p1.12 简述半导体材料的导电机理。
解：半导体的导电机理与金属是不同的。
金属中只有一种载流子（电子）参与导电，而半导体中同时有两种载流子（电子和空穴）参与导电。
本征半导体中导电的载流子是由于本征激发而产生的电子和空穴。
它们是同时出现的，且i n p n ==00，两种载流子对电流的贡献相同。
但是，在杂质半导体中往往有00p n >>，或者00p n <<，存在着多数载流子和少数载流子。
所以，多数载流子对电流的贡献占据主要地位，而少数载流子对电流的贡献却可以忽略不计。
习 题11.1 计算速度为s cm 710的自由电子的德布洛意波长。
解：()m mv h p h 9531341028.710101.910626.6---⨯=⨯⨯⨯===λ1.2 如果在单晶硅中分别掺入31510cm 的磷和31510cm 的硼，试计算300K 时，电子占据杂质能级的概率。
根据计算结果检验常温下杂质几乎完全电离的假设是否正确。
解：查表可知，磷作为硅晶体中的施主杂质，其电离能为eV0.044E D =∆, 硼作为硅晶体中的受主杂质，其电离能为eV 0.045E A =∆。
于是有()eV E E D gi 516.0044.056.02E -E E -E D F D =-=∆-== 能级为E D 的量子态被被电子占据的几率为9104.21026.0516.0ex p 1ex p 1-⨯=+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=kT E E f i D E D 上述结果说明，施主能级上的电子几乎全部电离。
能级为E A 的量子态被空穴占据的几率为9104.21026.0515.0ex p 11ex p 1A -⨯=+⎪⎭⎫ ⎝⎛=+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=kT E E f A i E 上述计算结果说明受主能级上的空穴几乎全部被电离。
1.3 硅中的施主杂质浓度最高为多少时材料是非简并的。
解：若假设非简并的条件为kT E E FC 2≥-, 那么，非简并时导带电子浓度为()3182190108.3108.22ex p ex p -⨯=⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=cm e kT kT N kT E E N n C F C C非简并时，最高施主杂质浓度为()3180108.3-⨯==cm n N D1.4某单晶硅样品中每立方厘米掺有1510个硼原子，试计算K 300时该样品的准自由电子浓度、空穴浓度以及费米能级。
如果掺入的是磷原子它们又是多少？解：硼原子掺入硅晶体中可以引入受主杂质，材料是P 型半导体：351A 10-=cm N该样品的空穴是多子，其浓度为351A 010-==cm N p 电子是少子，其浓度为()()35152100201004.1101002.1-⨯=⨯==cm p n n i 费米能级为()eV E E eV n p kT E E i i i i F 299.01002.110ln 026.0ln 10150-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 即费米能级在本征费米能级的下方0.299eV 处。
1.5某硅单晶样品中掺有31610-cm 的硼、31610-cm 的磷和31510-cm 镓，试分析该材料是N 型半导体还是P 型半导体？准自由电子和空穴浓度各为多少？解：由硼、磷、镓掺入硅中分别成为受主、施主和受主，它们在硅晶体中引入的杂质浓度依次为316110-=cm N A 、31610-=cm N D、315210-=cm N A 由于01031521>=-+-cm N N N D A A ，即受主原子总数大于施主原子总数，所以该材料是P 型半导体。
此时，硅材料中空穴浓度为 315010-=cm p准自由电子浓度为 ()()351521002010101002.1-≈⨯==cm p n n i1.6有两块单晶硅样品，它们分别掺有31510-cm 的硼和磷，试计算300K 时这两块样品的电阻率，并说明为什么N 型硅的导电性比同等掺杂的P 型硅好。
解：查P.22图1.4.2可得空穴迁移率()s V cm p ⋅≈2400μ，电子迁移率)s V cm n⋅≈21200μ 于是，掺硼的单晶硅电阻率为cm q p p B ⋅Ω=⨯⨯⨯==-625.15400106.1101119150μρ 掺磷的单晶硅电阻率为cm q n n p ⋅Ω=⨯⨯⨯==-208.51200106.1101119150μρ 因为电子的迁移率大于空穴的迁移率，所以在其它条件不变的情况下，N 型硅的导电性较P 型硅的导电性高。
1.7实验测出某均匀掺杂N 型硅的电阻率为cm ⋅Ω2，试估算施主杂质浓度。
解：本查P.301附录A 可得315103.2-⨯=cm N D，再查P.22图1.4.2可得电子的迁移率为()s V cm n⋅≈21200μ。
则施主杂质的浓度为 ()31519106.21200106.1211--⨯=⨯⨯⨯==cm q N n n D μρ1.8假设有一块掺有31810-cm 施主杂质的硅样品，其截面积为m m μμ5.02.0⨯，长度为m μ2。
如果在样品两端加上5V 电压，通过样品的电流有多大？电子电流与空穴电流的比值是多少？ 解：掺有施主杂质浓度31810-=cm N D的硅样品，其电子浓度为()318010-==cm N n D ，再查P.22可得电子的迁移率()s V cm n ⋅≈2380μ，于是，该材料的电导率为()cm q n n ⋅Ω=⨯⨯⨯==-18.60380106.11019180μσ 在该样品两端加上5V 电压后的电场强度为()V L V E 44105.21025⨯=⨯==- 于是，电子电流密度为()2641052.1105.28.60cm A E j n ⨯=⨯⨯==σ如果在样品两端加上5V 电压，通过样品的电流为()A A j I n n 34461052.1105.0102.01052.1---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=平衡空穴浓度为()()318202004.104101002.1-=⨯==cm n n p i再查P.22图1.4.2可得空穴迁移率为)s V cm p ⋅≈2190μ，于是电子电流与空穴电流的比值为1618001092.119010438010⨯=⨯⨯==p n p n p n I I μμ1.9有一块掺杂浓度为31710-cm 的N 型硅样品，如果在m μ1的范围内，空穴浓度从31610-cm 线性降低到31310-cm ，求空穴的扩散电流密度。