半导体器件物理第六章习题

第六章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管

6-1．绘出在偏压条件下MOS 结构中对应载流子积累、耗尽以及强反型的能带和电荷分布的示意图，采用N 型衬底并忽略表面态和功函数的影响。

6-2．推导出体电荷、表面电势以及表面电场的表达式，说明在强反型时他们如何依赖于衬底的掺杂浓度a N 。在1410至1810 3

−cm 范围内画出体电荷、表面电势及电场与a N 的关系。

6-3．在受主浓度为31610−cm 的P 型硅衬底上的理想MOS 电容具有0.1um 厚度的氧化层，40=K ，在下列条件下电容值为若干？（a ）V V G 2+=和Hz f 1=，（b ） V V G 20=和Hz f 1=，（c ）V V G 20+=和MHz f 1=。

6-4．采用叠加法证明当氧化层中电荷分布为)(x ρ时，相应的平带电压变化可用下式表示：

0000

()x FB q x x V dx C x ρΔ=−∫ 6-5．一MOS 器件的01000x =Å，eV q m 0.4=φ，eV q s 5.4=φ，并且有21610−cm

的均匀正氧化层电荷，计算出它的平带电压。假设40=K ，运用习题6-4的表达式 6-6．利用习题6-4中的结果对下列情形进行比较。

(a) 在MOS 结构的氧化层中均匀分布着212105.1−×cm 的正电荷，若氧化层的厚度为150nm ，计算出这种电荷引起的平带电压。

(b) 若全部电荷都位于硅-氧化硅的界面上，重复(a)。

(c) 若电荷成三角分布，它的峰值在0=x ，在0x x =处为零，重复(a)。 6-7．在31510−=cm N a 的P 型Si<111>衬底上制成一铝栅MOS 晶体管。栅氧化层厚度为120nm ，表面电荷密度为211103−×cm 。计算阈值电压。

6-8． 一MOS 结构中由315105−×=cm N a 的N 型衬底，100nm 的氧化层以及铝接触构成，测得阈值电压为2.5V ，计算表面电荷密度。

6-9． 一P 沟道铝栅极MOS 晶体管具有下列参数：01000x = Å，315102−×=cm N d ，112010Q cm −=，10L m μ=，50Z m μ=，S V cm p ⋅=/2302μ ，计算在GS V 等于-4V 和-8V 时的DS I ，并绘出电流-电压特性。

6-10．一N 沟道MOS 晶体管具有下列参数：40=K ，0100x nm =，10=L Z ，s V cm n ⋅=/10002μ，V V TH 5.0=，计算在V V G 4=时的饱和电流。

6-11．在习题6-10中的MOS 晶体管中，令V V V TH G 1=−。

（a ） 计算氧化层电容和截止频率。

（b ） 若m Z μ10=，及50L m μ=，重复（a ）。

6-12． (a) 若N 沟道MOS 增强型FET 的源和衬底接地，栅和漏极短路，推导出描述源-漏

两极I V −特性的公式（假设TH V 为常数）。

(b) 用习题6-10的数据画出V I −曲线。

(c) 计算 V V V TH G 1=−时的on R .

(d) 若L/Z =1.0，重复（c ）

6-13． .(a) 一P 沟道MOS 晶体管制造在15310cm −的N 型衬底上，栅氧化层厚度为100nm ，

若0.60ms V φ=−，0.60ms φ=−以及1520510,Q cm −=×计算阈值电压。

(b)采用硼离子注入降低（a ）中的MOSFET 的阈值电压，问要得到 1.5−V 阈值电压

所需的掺硼浓度为若干？

6-14．考虑一个长沟道MOSFET ，其中1533.21,510a L m Z m N cm μμ−===×，

720 1.510/C F cm −=×， 1.5m V V =。求4G V V =时的Dsat V 。若用常数比例因子将沟道收缩到1m μ，求按比例缩小后的下列参数：0,,Dsat Z C I 和0f 。

6-15． 设计一个栅长为0.75m μ的亚微米MOSFET (栅的长度是沟道长度加上2倍结深)，

若结深为0.2m μ，栅氧化层厚度为20nm 。最大漏电压限制为2.5V ，求沟道掺杂浓度为多少时才能使这个MOSFET 具有长沟道特性。

6-16． 对于图6－30中的亚微米MOSFET ：（a ）求2G V V =，2 2.5D V V V <<情况下的

沟道电导，（b ）0.75,2 2.5D G V V V V V =<<情况下的跨导，（c ）解释为什么电流不随（V 2

)TH G V −变化，（d ）根据跨导估算饱和速度。

6-17． 草绘采用硅栅工艺生产MOS 晶体管的一套掩膜。

6.18. MOS 已知MOSFET 的输出特性如图1所示，结构如图2所示

t OX=0.05μm, N A=1015cm-3, μn=550cm2/V-sec, L=7μm, W=70μm, T=23℃

图(6.20)2

a.在图2中绘出V G=V D=5V时，反型层、耗尽区边界，并标注各区掺杂类型

b.根据萨方程，仅通过图1，粗略得出MOSFET的阈电压，并解释是如何得到的

c.根据已知数据计算阈电压

d.通过图1得出V G =5V，V D=0V是的漏源电导g d ，并解释是如何得到的

e.计算V G=V D=5V时的栅跨导