【合肥工业大学】【半导体器件物理】试卷含答案.

《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：

DS n ox const V GS

D

m V L W C V I g DS μ=∂∂==， ])[(DS T GS n ox const V DS D

D V V V L W C V I g GS --=

∂∂==μ 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）减小栅氧化层厚度，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，)exp(

kT qV I I BE S C =，]1)[ex p(-=kT

qV I I BE F S B β，试求该器件正向电流增益F β，并说明提高F β的几种途径。 其中，)exp(2kT qV W D N n qA I BE B B B i E C =，]1)[exp(2-=kT

qV W D N n qA I BE E E E i E B 。（计算推导9分，措施6分） 答案：经推导计算可得，B

E E B B E B C

F W W D D N N I I ≈=β，提高F β的措施有：（1）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/基区厚度比，即减薄基区的厚度。