微电子学概论复习题及答案(详细版)

第一章 绪论

1．画出集成电路设计与制造的主要流程框架。

2．集成电路分类情况如何？

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双极型单片集成电路按结构分类集成电路

3．微电子学的特点是什么？

微电子学：电子学的一门分支学科

微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。

微电子学中的空间尺度通常是以微米(m, 1m ＝10－6m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。

微电子学是信息领域的重要基础学科

微电子学是一门综合性很强的边缘学科

涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科

微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微

电子学发展的方向

微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等

4．列举出你见到的、想到的不同类型的集成电路及其主要作用。

集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。

5．用你自己的话解释微电子学、集成电路的概念。

集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。

6．简单叙述微电子学对人类社会的作用。

可以毫不夸张地说，没有微电子技术的进步，就不可能有今天信息技术的蓬勃发展，微电子已经成为整个信息社会发展的基石。随着微电子的发展，器件的特征尺寸越来越小第二章半导体物理和器件物理基础

1．什么是半导体？特点、常用半导体材料

什么是半导体？

金属：电导率106～104(W∙cm-1)，不含禁带；

半导体：电导率104~10-10(W∙cm-1)，含禁带；

绝缘体：电导率<10-10(W∙cm-1)，禁带较宽；

半导体的特点：

（1）电导率随温度上升而指数上升；

（2）杂质的种类和数量决定其电导率；

（3）可以实现非均匀掺杂；

（4）光辐照、高能电子注入、电场和磁场等影响其电导率；

硅：地球上含量最丰富的元素之一，微电子产业用量最大、也是最重要的半导体材料。

硅(原子序数14)的物理化学性质主要由最外层四个电子（称为价电子）决定。每个硅原子近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它们与两个原子核都有吸引作用，称为共价键。

化合物半导体：III族元素和V族构成的III-V族化合物，如，GaAs(砷化镓)，InSb(锑化铟)，GaP(磷化镓)，InP(磷化铟)等，广泛用于光电器件、半导体激光器和微波器件。2.掺杂、施主/受主、P型/N型半导体（课件）

掺杂：电子摆脱共价键所需的能量，在一般情况下，是靠晶体内部原子本身的热运动提供的。常温下，硅里面由于热运动激发价健上电子而产生的电子和空穴很少，它们对硅的导电性的影响是十分微小的。室温下半导体的导电性主要由掺入半导体中的微量的杂质（简称掺杂）来决定，这是半导体能够制造各种器件的重要原因。

施主：Donor，掺入半导体的杂质原子向半导体中

提供导电的电子，并成为带正电的离子。如

Si中掺的P 和As（最外层有5个价电子）

受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体中

提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如

Si中掺的B(硼）（最外层只有3个价电子）

N型半导体：n大于p（如在硅中掺入五价杂质）

P型半导体：p大于n（如在硅中掺入三价杂质）

3.能带、导带、价带、禁带（课件）

半导体晶体中的电子的能量既不像自由电子哪样连续，也不象孤立原子哪样是一个个分立的能级，而是形成能带，每一带内包含了大量的，能量很近的能级。能带之间的间隙叫禁带，一个能带到另一个能带之间的能量差称为禁带宽度。

价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带

导带：0K条件下未被电子填充的能量最低的能带

禁带：导带底与价带顶之间能带

带隙：导带底与价带顶之间的能量差

4.半导体中的载流子、迁移率（课件）

半导体中的载流子：在半导体中，存在两种载流子，电子以及电子流失导致共价键上留下的空位（空穴）均被视为载流子。通常N型半导体中指自由电子，P型半导体中指空穴，它们在电场作用下能作定向运动，形成电流。

5.PN结，为什么会单向导电，正向特性、反向特性，PN结击穿有几种（课件）

PN结：在一块半导体材料中，如果一部分是n型区，一部分是p型区，在n型区和p型区的交界面处就形成了pn结

载流子漂移(电流)和扩散(电流)过程保持平衡(相等)，形成自建场和自建势在PN结上外加一电压，如果P型一边接正极，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，甚至消失，电流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导性。

正向特性：正向偏置时，扩散大于漂移，称为PN结的正向注入效应。

反向特性：反向偏置时，漂移大于扩散, PN结的反向抽取作用。

击穿：PN结反偏时，电流很小，但当电压超过临界电压时，电流会突然增大。这一临界电压称为PN结的击穿电压。PN结的正向偏压一般为0.7V，而它的反向击穿电压一般可达几十伏，击穿电压与PN结的结构及P区和P区的掺杂浓度有关。

齐纳/隧道击穿：

电子的隧道穿透效应在强电场的作用下迅速增加的结果。

雪崩击穿:

PN结反偏电压增大时，空间电荷区电场增强，通过空间电荷区的电子和空穴在电场作用下获得足够大的能量，当与晶格原子碰撞时可以使满带的电子激发到导带，形成电子-空穴对，这种现象成为“碰撞电离”。新的电子-空穴对又在电场作用下获得足够的能量，通过碰撞电离又产生更多的电子-空穴对，当反偏电压大到一定值后，载流子碰撞电离的倍增象雪崩一样，非常猛烈，使电流急剧增加，从而发生击穿。这种击穿是不可恢复的

6.双极晶体管工作原理，基本结构，直流特性（课件）

工作原理：

基本结构：由两个相距很近的PN结组成