《半导体器件物理》试卷(一)答案[1](可编辑修改word版)

《半导体器件物理》试卷（一）标准答案及评分细则

一、填空（共32 分，每空 2 分）

1、PN 结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于扩

散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。

2、当MOSFET 器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对

于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。

3、在NPN 型BJT 中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE

电压控制。

4、硅-绝缘体SOI 器件可用标准的MOS 工艺制备，该类器件显著的优点是

寄生参数小，响应速度快等。

5、PN 结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发

生雪崩击穿的条件为V B>6E g/q。

6、当MOSFET 进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因

有沟道长度调制效应，漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应。

二、简述（共18 分，每小题6 分）

1、Early 电压V A；

答案：

2、截止频率f T；

答案：截止频率即电流增益下降到 1 时所对应的频率值。

3、耗尽层宽度W。

答案：P 型材料和N 型材料接触后形成PN 结，由于存在浓度差，就会产生空间电荷区，而空间电荷区的宽度就称为耗尽层宽度W。

三、分析（共20 分，每小题10 分）

1、对于PNP 型BJT 工作在正向有源区时载流子的输运情况；

答案：对于PNP 型晶体管,其发射区多数载流子空穴向集电区扩散,形成电流

I EP，其中一部分空穴与基区的电子复合，形成基极电流的I B的主要部分，集

电极接收大部分空穴形成电流I CP，它是I C的主要部分。

2、热平衡时突变PN 结的能带图、电场分布，以及反向偏置后的能带图和相

应的I-V 特性曲线。（每个图2 分）

答案：热平衡时突变PN 结的能带图、电场分布如下所示，

反向偏置后的能带图和相应的I-V 特性曲线如下所示。

四、计算推导（共30 分，每小题15 分）

1、MOSFET 工作在非饱和区时的Sah 方程推导，并求解跨导g m和沟道电导

g D，说明提高g m的具体措施；（每步2 分，电导计算4 分，措施3 分）

答案：

∂I D ∂V

DS

W N W B E

g m =

V DS =const

= C ox n W V ，

L DS

g = =

C ox n W [(V

- V ) - V ]

D

V GS =const

L

GS

T

DS

提高 g m 的具体措施有：（1）增大载流子迁移率，选用体内迁移率高的材料； （2）减小栅氧化层♘度，制作高质量的尽可能薄的栅氧化层；（3）增大器件的宽长比；（4）减小器件的串联电阻。

2、 在 NPN 双极型晶体管正向有源区工作时， I C

= I S

exp( qV BE

) ， kT

I =

I S

[exp( qV

BE ) - 1]，试求该器件正向电流增益 ，并说明提高 的

B

F

几种途径。

其中， I = qA kT

n 2 D qV i B

exp( BE ) ， I

= qA F F

n 2

D qV i

E [exp( BE ) - 1] 。（计 B B kT E E

kT 算推导 9 分，措施 6 分）

答案：经推导计算可得， = I C

≈ N E

D B W

E

，提高 的措施有：（1） I B N B D E W B

增大发射区/基区浓度比，即发射区采取重掺杂；（2）增大基区少数载流子的扩散系数，即选用 NPN 型器件；（3）增大发射区/基区♘度比，即减薄基区的♘度。

∂I D

∂V GS

N C E

F F