微电子器件期末复习题(含答案)

【习题压得准 五杀跑不了】

微电子器件（陈星弼·第三版）

电子工业出版社

◎前言◎

根据统计，课堂测验、课后作业中的题目提纲中无相似题型，请复习提纲的同

时在做一次作业以及课堂测验。作业答案、课堂作业答案平时随课堂进度上传群共享，请自行查阅。本答案为个人整理，如有不妥之处望批评指正。计算题部分，实在无能为力，后期会继续上传计算题集锦，敬请期待。

另，由于本人微电子班，无光源班群，请有心人士转载至光源班群，共同通过

16-31、若某突变PN 结的P 型区的掺杂浓度为N A =1.5⨯10cm ，则室温下该区的平衡多

子浓度p p0与平衡少子浓度n p0分别为（N A =1. 5⨯1016cm -3）和（N A =

1. 5⨯1014cm -3）。

2、在PN 结的空间电荷区中，P 区一侧带（负）电荷，N 区一侧带（正）电荷。内建电场的方向是从（N ）区指向（P ）区。[发生漂移运动，空穴向P 区，电子向N 区]

3、当采用耗尽近似时，N 出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（大）。

4、PN 结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（小），内建电场的最大值就越（大），内建电势

V bi 就越（大），反向饱和电流I 0就越（小）[P20]，势垒电容C T 就越（ 大 ），

雪崩击穿电压就越（小）。

5、硅突变结内建电势V bi [P9]在室温下的典型值为（0.8V ） 。由此方程可以看6、当对PN

结外加正向电压时，其势垒区宽度会（减小），势垒区的势垒高度会（降低）。

7、当对PN 结外加反向电压时，其势垒区宽度会（增大），势垒区的势垒高度会（提高）。

8、在P 型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度n p 与外加电压V 之间的关系可表示为

P18。若P 型区的掺杂浓度N A =1.5⨯1017cm -3，外加电压V = 0.52V，则P 型区与耗尽区边界上的少子浓度n p 为（7. 35⨯1025cm -3）。

9、当对PN 结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（大）；当对PN 结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（小）。

10、PN 结的正向电流由（空穴扩散）电流、（电子扩散）电流和（势垒区复合）电流三部分所组成。

11、PN 结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（多子）；PN 结的反向电流

12、当对PN 结外加正向电压时，由N 区注入P 区的非平衡电子一边向前扩散，一边（复合

）。每经过一个扩散长度的距离，非平衡电子浓度降到原来的（ ）。

13、PN 。这个表达式在正向电1eJ d =-J ）。 14、在PN 结的正向电流中，当电压较低时，以（势垒区复合）电流为主；当电压较高

时，以（扩散）电流为主。

15、薄基区二极管是指PN 结的某一个或两个中性区的长度小于（该区的少子扩散长度）。

在薄基区二极管中，少子浓度的分布近似为（线性分布）。

16、小注入条件是指注入某区边界附近的（非平衡少子）浓度远小于该区的（平衡多

子）浓度，因此该区总的多子浓度中的（非平衡）多子浓度可以忽略。

17、大注入条件是指注入某区边界附近的（非平衡少子）浓度远大于该区的（平衡多

子）浓度，因此该区总的多子浓度中的（平衡）多子浓度可以忽略。

18、势垒电容反映的是PN 结的（微分）电荷随外加电压的变化率。PN 结的掺杂浓度

越高，则势垒电容就越（ 大 ）；外加反向电压越高，则势垒电容就越（ 小 ）。

19、扩散电容反映的是PN 结的（非平衡载流子）电荷随外加电压的变化率。正向

电流越大，则扩散电容就越（大）；少子寿命越长，则扩散电容就越（大）。【P51】

20、在PN 结开关管中，在外加电压从正向变为反向后的一段时间内，会出现一个较大

的反向电流。引起这个电流的原因是存储在（N ）区中的（非平衡载流子）电荷。这个电荷的消失途径有两条，即（反向电流的抽取）和（少子自身的复合）。

21、从器件本身的角度，提高开关管的开关速度的主要措施是（降低少子寿命）和（加

快反向复合）。（减薄轻掺杂区的厚度）

22、PN 结的击穿有三种机理，它们分别是（雪崩击穿）、（齐纳击穿）和（热击穿）。

23、PN 结的掺杂浓度越高，雪崩击穿电压越（小）；结深越浅，雪崩击穿电压就越（小）。

rd 24、雪崩击穿和齐纳击穿的条件分别是（⎰0αi dx →1。[P41] 25、晶体管的基区输运系数是指（基区中到达集电结的少子）电流与（从发射结刚注

入基区的少子）电流之比。[P67]由于少子在渡越基区的过程中会发生（复合），

从而使基区输运系数（小于1）。为了提高基区输运系数，应当使基区宽度（远小

于）基区少子扩散长度。

26、晶体管中的少子在渡越（基区）的过程中会发生（复合），从而使到达集电结的少

子比从发射结注入基区的少子（小）。

27、晶体管的注入效率是指（从发射区注入基区的少子）电流与（总的发射极）电流

之比。[P69]为了提高注入效率，应当使（发射）区掺杂浓度远大于（基）区掺杂

浓度。

28、晶体管的共基极直流短路电流放大系数α是指发射结（正）偏、集电结（零）偏

时的（集电极）电流与（发射极）电流之比。

29、晶体管的共发射极直流短路电流放大系数β是指（发射）结正偏、（集电）结零

偏时的（集电极）电流与（基极）电流之比。

30、在设计与制造晶体管时，为提高晶体管的电流放大系数，应当（减小）基区宽度，

（降低）基区掺杂浓度。

31、某长方形薄层材料的方块电阻为100Ω，长度和宽度分别为300μm 和60μm ，则

其长度方向和宽度方向上的电阻分别为（500Ω）和（20Ω）。若要获得1K Ω的电阻，

则该材料的长度应改变为（600μm ）。

32、在缓变基区晶体管的基区中会产生一个（内建电场），它对少子在基区中的运动起

到（加速）的作用，使少子的基区渡越时间（减小）。

33、小电流时α会（减小）。这是由于小电流时，发射极电流中（势垒区复合电流）的

比例增大，使注入效率下降。

34、发射区重掺杂效应是指当发射区掺杂浓度太高时，不但不能提高（注入效率），反

而会使其（下降）。造成发射区重掺杂效应的原因是（发射区禁带变窄）和（俄歇

复合增强）。[P76]

35、在异质结双极晶体管中，发射区的禁带宽度（大）于基区的禁带宽度，从而使异

质结双极晶体管的（注入效率）大于同质结双极晶体管的。[P79]

36、当晶体管处于放大区时，理想情况下集电极电流随集电结反偏的增加而（不变）。

但实际情况下集电极电流随集电结反偏增加而（增加），这称为（基区宽度调变）效应。[P83]

37、当集电结反偏增加时，集电结耗尽区宽度会（变宽），使基区宽度（变窄），从而

使集电极电流（增大），这就是基区宽度调变效应（即厄尔利效应）。[P83]

38、I ES 是指（集电结）短路、（发射）结反偏时的（发射）极电流。

39、I CS 是指（发射结）短路、（集电结）反偏时的（集电）极电流。 41、I CBO 是指（发射）极开路、（集电）结反偏时的（集电）极电流。

41、I CEO 是指（基）极开路、（集电）结反偏时的（集电）极电流。

42、I EBO 是指（集电极）极开路、（发射）结反偏时的（发射）极电流。

43、BV CBO 是指（发射）极开路、（集电）结反偏，当（I CBO ）→∞时的V CB 。

44、BV CEO 是指（基）极开路、（集电）结反偏，当（I CEO ）→∞时的V CE 。

45、BV EBO 是指（集电）极开路、（发射）结反偏，当（I EBO ）→∞时的V EB 。

46、基区穿通是指当集电结反向电压增加到使耗尽区将（基区）全部占据时，集电极

电流急剧增大的现象。防止基区穿通的措施是（增加）基区宽度、（提高）基区掺

杂浓度。[P90]

47、比较各击穿电压的大小时可知，BV CBO （大于）BV CEO ，BV CBO （远大于）BV EBO 。

48、要降低基极电阻r bb '，应当（提高）基区掺杂浓度，（提高）基区宽度。

50、发射极增量电阻r e 的表达式。室温下当发射极电流为1mA 时，r e =（26Ω）。 51、随着信号频率的提高，晶体管的αω、βω的幅度会（下降），相角会（滞后）。 52、在高频下，基区渡越时间τb 对晶体管有三个作用，它们是：（复合损失使小于 1β0* 小于 1）、（时间延迟使相位滞后

）和（渡越时间的分散使|βω*|减小）。

53、基区渡越时间τb 是指（从发射结渡越到集电结所需要的平均时间）。当基区宽度加倍时，基区渡越时间增大到原来的（2）倍。

54、晶体管的共基极电流放大系数αω随频率的（增加）而下降。当晶体管的αω下

α的截止频率，记为（f α）。

55、晶体管的共发射极电流放大系数βω随频率的（增加）而下降。当晶体管的βω下

1β0时的频率，称为β的（截止频率）降到，记为（f β）。 2

56、当f >>f β时，频率每加倍，晶体管的βω降到原来的（½）；最大功率增益K pmax 降

到原来的（）。

57、当（电流放大系数βω）降到1时的频率称为特征频率f T 。当（晶体管最大功率

降到1时的频率称为最高振荡频率f M 。

58、当βω降到（1）时的频率称为特征频率f T 。当K pmax 降到（1）时的频率称为最高

振荡频率f M 。

59、晶体管的高频优值M 是（功率增益）与（带宽）的乘积。

60、晶体管的高频小信号等效电路与直流小信号等效电路相比，增加了三个元件，它

们是（集电结势垒电容）、（发射结势垒电容）和（发射结扩散电容）。

61、对于频率不是特别高的一般高频管，τec 中以（I b ）为主，这时提高特征频率f T 的

主要措施是（减小基区宽度）。

¼p max ）

62、为了提高晶体管的最高振荡频率f M ，应当使特征频率f T （增大），基极电阻r bb '（降

低），集电结势垒电容C TC （降低）。

63、对高频晶体管结构上的基本要求是：（尺寸小）、（结深浅）、（线条细）和（非工作

基区重掺杂）。

64、N 沟道MOSFET 的衬底是（P ）型半导体，源区和漏区是（N ）型半导体，沟道中的

载流子是（电子）。

65、P 沟道MOSFET 的衬底是（N ）型半导体，源区和漏区是（P ）型半导体，沟道中的

载流子是（空穴）。

66、当V GS =V T 时，栅下的硅表面发生（强反型），形成连通（源）区和（漏）区的导

电沟道，在V DS 的作用下产生漏极电流。

67、N 沟道MOSFET 中，V GS 越大，则沟道中的电子就越（多），沟道电阻就越（小），

漏极电流就越（大）。

68、在N 沟道MOSFET 中，V T >0的称为增强型，当V GS =0时MOSFET 处于（截止）状

态；V T

69、由于栅氧化层中通常带（正）电荷，所以（P ）型区比（N ）型区更容易发生反型。

70、要提高N 沟道MOSFET 的阈电压V T ，应使衬底掺杂浓度N A （增大），使栅氧化层厚

度T ox （减薄）。

71、N 沟道MOSFET 饱和漏源电压V Dsat 的表达式是（V GS -V T ）。当V DS ≥V Dsat 时，MOSFET

进入（ 饱和）区，漏极电流随V DS 的增加而（不变）。

72、由于电子的迁移率μn 比空穴的迁移率μp （大），所以在其它条件相同时，（N ）沟

道MOSFET 的I Dsat 比（P ）沟道MOSFET 的大。为了使两种MOSFET 的I Dsat 相同，应

当使N 沟道MOSFET 的沟道宽度（小于）P 沟道MOSFET 的。

73、当N 沟道MOSFET 的V GS

74、对于MOSFET ，当沟道长度加倍，而其它尺寸、掺杂浓度、偏置条件等都不变时，

其下列参数发生什么变化：V T （减小）、I Dsat （减小）、R on （增大）、g m （减小）。

75、由于源、漏区的掺杂浓度（大）于沟道区的掺杂浓度，所以MOSFET 源、漏PN 结

的耗尽区主要向（衬底）区扩展，使MOSFET 的源、漏穿通问题比双极型晶体管的

基区穿通问题（严重）。

76、MOSFET 的跨导g m 的定义是（转移特性曲线的斜率），反映了（栅源电压）对（漏

极电流）的控制能力。

77、为提高跨导g m 的截止角频率ωg m ，应当（增大）μ，（ 减小）L ，（增大）V GS 。

78、阈电压V T 的短沟道效应是指，当沟道长度缩短时，V T 变（减小）。

79、在长沟道MOSFET 中，漏极电流的饱和是由于（沟道夹断），而在短沟道MOSFET 中，

漏极电流的饱和则是由于（载流子漂移速度的饱和）。

80、为了避免短沟道效应，可采用按比例缩小法则，当MOSFET 的沟道长度缩短一半时，

其沟道宽度应（增大），栅氧化层厚度应（减小），源、漏区结深应（增大），衬底

掺杂浓度应（ 增大）。

二、问答题

1、简要叙述PN 结空间电荷区的形成过程。

在PN 结中, 由于自由电子的扩散运动和内电场导致的漂移运动, 使PN 结中间

的部位(P区和N 区交界面) 产生一个很薄的电荷区

2、什么叫耗尽近似？什么叫中性近似？

空间电荷区的自由载流子已完全扩散掉，即完全耗尽，电离杂质构成空间电荷

区内电荷的唯一来源；耗尽区以外区域中的多子浓度仍等于电离杂质浓度，因此这

部分区域保持了完全的电中性。

3、什么叫突变结？什么叫单边突变结？什么叫线性缓变结？分别画出上述各种PN 结

的杂质浓度分布图、内建电场分布图和外加正向电压及反向电压时的少子浓度分

布图。

当半导体内的杂质从受主杂质突变为施主杂质时，称为突变结。如果一边的掺

杂浓度远大于另一边，则p-n 结势垒区主要是在轻掺杂一边，这种突变结即称为单

边突变结。在一定条件下，假设冶金结附近的杂质浓度是随距离进行线性变化的，这称为线性缓变结。

4、PN 结势垒区的宽度与哪些因素有关？

掺杂浓度和温度 5、写出PN 结反向饱和电流I 0的表达式，并对影响I 0的各种因素进行讨论。

I O =J0*A,主要取决于半导体材的种类、掺杂浓度和温度。半导体材料的禁带宽度越

大，则反向饱和电流越小，锗的J0最大，硅次之，砷化镓的最小; 掺杂浓度越高，J0越小；温度越高，J0越大。

6、PN 结的正向电流由正向扩散电流和势垒区复合电流组成。试分别说明这两种电流 随外加正向电压的增加而变化的规律。当正向电压较小时以什么电流为主？当正向电压较大时以什么电流为主？

7、什么是小注入条件？什么是大注入条件？写出小注入条件和大注入条件下的结定律，

并讨论两种情况下中性区边界上载流子浓度随外加电压的变化规律。

所谓大注入，就是注入到半导体中的非平衡少数载流子浓度∆n p 接近或者超过原来的平衡多数载流子浓度p p 0（～掺杂浓度）时的一种情况。所谓小注入就是注入的非平衡少数载流子浓度∆n p 远小于原来的平衡多数载流子浓度

的状态。 p p 0（～掺杂浓度）

8、在工程实际中，一般采用什么方法来计算PN 结的雪崩击穿电压？[P36]

9、简要叙述PN 结势垒电容和扩散电容的形成机理及特点。

势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。 扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流），注入P 区的少子（电子）在P 区有浓度差，越靠近PN 结浓度越大，即在P 区有电子的积累。同理，在N 区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容CD 。

10、当把PN 结作为开关使用时，在直流特性和瞬态特性这两方面，PN 结与理想开关相比有哪些差距？引起PN 结反向恢复过程的主要原因是什么？ 直流特性：“开” 态时电压为 0，

“关” 态时电流为 0 。

瞬态特性：打开的瞬间应立即出现稳态电流，关断的瞬间电流应立即消失。

反向恢复过程的原因，是 PN 结在正向导通期间存储在中性区中的非平衡少子电荷 Q 。 11、画NPN 晶体管在饱和状态、截止状态、放大状态和倒向放大状态时的少子分布图。

1

3

2 4

画出NPN 晶体管在饱和状态、截止状态、放大状态和倒向放大状态时的能带图。

1 3

2 4

12、画出共基极放大区晶体管中各种电流的分布图，并说明当输入电流I E 经过晶体管变成输出电流I C 时，发生了哪两种亏损？

N 从 I 到 I ，发生了两部分亏损：I 与 I 。 P + P E C nE nr I pe I pc

13、倒向晶体管的电流放大系数为什么小于正向晶体管的电流放大系数？

（1）集电结的面积一般比发射结大，在正向管中，从发射结注入基区的少子几乎能够被集电结所收集，但在倒向管中，从集电结注入基区的少子只有一部分能被发射结所收集；（2）集电区的掺杂浓度低于基区，使倒向管的注入效率降低；（3）在缓变基区晶体管中，基区内建电场对倒向管的基区少子起减速作用。

14、提高基区掺杂浓度会对晶体管的各种特性，如 γ、α、β、C TE 、BV EBO 、V pt 、V A 、

r bb '等产生什么影响？

要减小 I ，就应使

N >> N ；

nE

E

B

要减小 I ，就应使 W

nr

B

B

I ne

I pr

I nr

提高

15、减薄基区宽度会对晶体管的上述各种特性产生什么影响？

16、①双极晶体管的理想的共发射极输出特性曲线图，并在图中标出饱和区与放大区的分界线，然后②厄尔利效应③击穿现象的共发射极输出特性曲线图。

分界线V BC = 0 V CE = V BE V BC >0 V CE V

放大区

CE BE

① ② ③

17、画出包括基极电阻在内的双极型晶体管的简化的交流小信号等效电路。

18、什么是双极晶体管的特征频率f T ？写出f T 的表达式，并说明提高f T 的各项措施。

f T =β0f β①定义：当|βw|降为 1 时的频率称为 特征频率 ，记为 fT ②表达式:

③方法：

1) 减薄基区宽度Wb, 可采用浅结扩散或离子注入技术 2) 降低基区掺杂浓度N b 以提高D nb ; 、

适当提高基区杂质浓度梯度, 以建立一定的基区自建电场。

3) 减小结面积Ae,Ac, 以减小结电容

4) 减小集电区电阻及厚度, 采用外延结构, 以减小 xmc及rcs 5) 做好Al 电极欧姆接触

6) 注意管壳的设计及选择, 以减小杂散电容

7) 在结构参数均相同时,npn 管较pnp 管有较高的f T (Dn>Dp)

19、写出组成双极晶体管信号延迟时间τec 的4个时间的表达式。其中的哪个时间与电

流I E 有关？这使f T 随I E 的变化而发生怎样的变化？

20、说明特征频率f T 的测量方法。

实际测量 f T 时，不一定要测到使下降为 1 时的频率，而是在

的条件

β0f βf T

f =f T |β=ω||βf ω, |f , (

f β

f T 又称为晶体管的增益带宽乘积。高频管的工作频率一般介于 f β 与 f

T

之间。

21、什么是双极晶体管的最高振荡频率f M ？写出f M 的表达式，说明提高f M 的措施。 定义：当 K pmax 下降到 1 时的频率称为 最高振荡频率，记为 f M 。

1

⎛⎫f T

2表达式： f M = ⎪=M

⎝8πr bb 'C TC ⎭

12

措施：

22、画出高频晶体管结构的剖面图，并标出图中各部分的名称。

23、画出MOSFET 的结构图和输出特性曲线图，并简要叙述MOSFET 的工作原理。

24、什么是MOSFET 的阈电压V T ？写出V T 的表达式，并讨论影响V T 的各种因素。

V T =V B +V FB -

Q A (φS,inv ) C OX

+φS,inv

1) 栅氧化层厚度 T OX ：当 T OX 减薄时， |V T | 是减小的 2) 衬底费米势 φFB ：与掺杂浓度有关，但影响不大。

3) 功函数差 φMS ：与金属种类、半导体导电类型及掺杂浓度有关。

4) 耗尽区电离杂质电荷面密度 Q AD ：由于 φFB 与掺杂浓度 N 的关系不大，故可近似

12AD

Q AD 地得到

∝N

5) 栅氧化层中的电荷面密度 Q OX ： 与制造工艺及晶向有关。MOSFET 一般采用（100）晶面，并在工艺中注意尽量减小 QOX 的引入。 25、什么是MOSFET 的衬底偏置效应？

V T 随

V BS 的变化而变化，当 |V BS | 增大时，N 沟道 MOSFET 的阈电压向正方向

s

K =变化，而 P 沟道 MOSFET 的阈电压向负方向变化。由于 ，所以 T OX 越厚、

(2q N εC OX

1

2

N 越高，衬底偏置效应就越严重。

26、什么是有效沟道长度调制效应？如何抑制有效沟道长度调制效应？

沟道有效长度随V DS 的增大而缩短的现象叫做有效沟道长度调制效应。

27、什么是MOSFET 的跨导g m ？写出g m 的表达式，并讨论提高g m 的措施。

定义：跨导代表转移特性曲线的斜率，它反映了栅电压 V GS 对漏电流 I D 的控制能

g m =力，即反映了 MOSFET 的增益的大小。 表达式：

∂I D

|V

∂V GS DS

Z

措施：为了提高 g m ，从器件制造角度，应提高 β，即增大 ，提高迁移率 μ ，

L

减小 T OX 。从电路使用角度，应提高 V GS 。

28、提高MOSFET 的最高工作频率f t 的措施是什么？

缩短沟道长度 L ，提高载流子迁移率 μ ，提高栅源电压 V GS 。这些都与提高跨导的截止角频率ωgm 的要求相同。

29、什么是MOSFET 的短沟道效应？

随着 L 的缩短 ，将有一系列在普通 MOSFET 中不明显的现象在短沟道 MOSFET 中变得严重起来，这一系列的现象统称为 “ 短沟道效应 ” 。 30、什么是MOSFET 的按比例缩小法则？

当MOSFET 的沟道长度缩短时，要求器件的其他各种横向和纵向尺寸，以及电压也按照一定比例缩小，使缩小后的MOSFET 的内部电场仍与未缩小的MOSFET 相同。 三、计算题

15-318-3

1、某突变PN 结的N D =1.5⨯10cm , N A =1.5⨯10cm ，试求n n0、p n0、p p0和n p0的

值，并求当外加0.5V 正向电压和（-0.5V ）反向电压时的n p (-x p ) 和p n (x n ) 的值。

Nn 0=N D =1. 5⨯1015; Pp 0=N A =1. 5⨯1018;

2 n 2n

Np 0==1. 5⨯102; Pn 0===1. 5⨯105

N A N D

n p (-x

qV qV ) =3. 37⨯1010cm -3; n p (-x p ) =n p 0exp() =6. 67⨯10-7cm -3KT KT

p n (x n ) =p n 0exp(qV ) =3. 37⨯1013cm -3; p n (x n ) =p n 0exp(qV ) =6. 67⨯10-4cm -3

KT KT

p ) =n p 0exp(

15-318-3

2、突变PN 结的N D =1.5⨯10cm , N A =1.5⨯10cm 计算该PN 结的内建电势V bi 之

值。

V bi =KT ln N

q

N D

=0. 026⨯ln (1013) ≈0. 778 2

n i

A

15-3

3、有一个P 沟道MOSFET 的衬底掺杂浓度为N D =1.5⨯10cm ，另一个N 沟道MOSFET

18-3

的衬底掺杂浓度为N A =1.5⨯10cm 。试分别求这两个MOSFET 的衬底费米势，并

将这两个衬底费米势之和与上题的V bi 相比较。

N 沟道MOSFET ΦFp =

KT

ln N A ≈0. 479V ； q n i

q

n i

≈0. 299V ΦF p +ΦF n =0. 479-0. 299=0. 18

P 沟道MOSFET ΦFn =-KT ln N D

15-318-3

4、某突变PN 结的N D =1.5⨯10cm , N A =1.5⨯10cm ，试问J dp 是J dn 的多少倍？

J dp

qD p n i 2⎡⎛qV =exp W B N D ⎢⎝kT ⎣

qD n n i 2⎫⎤

⎪-1⎥... J dn =

W E N A ⎭⎦

⎡⎛qV

exp ⎢

⎝kT ⎣

J dp N A Dn Dp ⎫⎤

===1000 因为所以-1⎪⎥Ln Lp J dn N D ⎭⎦

-12

5、已知某PN 结的反向饱和电流为I o =10 A ，试分别求当外加0.5V 正向电压和（-0.5V ）

反向电压时的PN 结扩散电流。

+0. 5V :I F =I [exp(qV ) -1]≈2. 25⨯10

KT

-0. 5V :I F =I 0[exp(qV ) -1]≈10-12A

KT

-4

A

6、已知某PN 结的反向饱和电流为I o =10 -11A ，若以当正向电流达到10 -2 A作为正向导通的开始，试求正向导通电压V F 之值。若此PN 结存在寄生串联电阻r cs = 10Ω，则在同样的测试条件下V F 将变为多少？【教材2-22】

5-1

7、某硅单边突变结的雪崩击穿临界电场E C =3.5⨯10Vcm ，开始发生雪崩击穿时的

耗尽区宽度x dB =8.57μm ，求该PN 结的雪崩击穿电压V B 。若对该PN 结外加=0.25V B 的反向电压，则其耗尽区宽度为多少？

8、如果设单边突变结的雪崩击穿临界电场E C 与杂质浓度无关，则为了使雪崩击穿电压

V B 提高1倍，发生雪崩击穿时的耗尽区宽度x dB 应为原来的多少倍？低掺杂区的杂质

浓度应为原来的多少倍？

9、某突变PN 结的V bi = 0.7V，当外加-4.3V 的反向电压时测得其势垒电容为8pF ，则当外加-19.3V 的反向电压时其势垒电容应为多少？

10、某突变结的内建电势V bi = 0.7V，当外加电压V = 0.3V时的势垒电容与扩散电容分别是2pF 和2⨯10-4pF ，试求当外加电压V = 0.6V 时的势垒电容与扩散电容分别是多少？

2-111、某均匀基区NPN 晶体管的W B =1μm, D B =20cm s ，试求此管的基区渡越时间τb 。

当此管的基区少子电流密度J nE = 102Acm -2时，其基区少子电荷面密度Q B 为多少？

*

12、某均匀基区晶体管的W B =2μm, L B =10μm ，试求此管的基区输运系数β之值。*

若将此管的基区掺杂改为如式（3-28）的指数分布，场因子η=6，则其β变为多

少？

17-12-1-7

13、某均匀基区NPN 晶体管的W B =2μm, N B =10cm , D B =18cm s , τB =5⨯10s ，

试求该管的基区输运系数β之值。又当在该管的发射结上加0.6V 的正向电压，集电结短路时，该管的J nE 和J nC 各为多少？

14、某均匀基区晶体管的注入效率γ=0.98，若将其发射结改为异质结，使基区的禁带宽度E GB 比发射区的禁带宽度E GE 小0.08eV ，则其注入效率γ变为多少？若要使其γ仍

*

为0.98，则其有源基区方块电阻R 口B1可以减小到原来的多少？

15、某双极型晶体管的R 口B1=1000Ω, R 口E =5Ω，基区渡越时间τb =10–9 s , 当I B = 0.1mA 时, I C = 10mA，求该管的基区少子寿命τB 。

*

16、某晶体管的基区输运系数β=0.99，注入效率γ=0.97，试求此管的α与β。当

此管的有源基区方块电阻R 口B1乘以3，其余参数均不变时，其α与β变为多少？

17、某双极型晶体管当I B1 = 0.05mA 时测得I C1 = 4mA ，当I B2 = 0.06mA 时测得I C2 = 5mA ，试分别求此管当I C = 4mA时的直流电流放大系数β与小信号电流放大系数βO 。

18、某缓变基区NPN 晶体管的BV CBO = 120V，β=81，试求此管的BV CEO 。

19、某高频晶体管的f β=5MHz ，当信号频率为f =40MHz 时测得其βω=10，则当

f =80MHz 时βω为多少？该管的特征频率f T 为多少？该管的β0为多少？

20、某高频晶体管的β0=50，当信号频率f 为30MHz 时测得βω=5，求此管的特征频率f T ，以及当信号频率f 分别为15MHz 和60MHz 时的βω之值。

-1021、某高频晶体管的基区宽度W B =1μm ，基区渡越时间τb =2.7⨯10s ，f T =550MHz 。

当该管的基区宽度减为0.5μm ，其余参数都不变时，f T 变为多少？

22、某高频晶体管的f β=20MHz ，当信号频率为f =100MHz 时测得其最大功率增益为K pmax =24，则当f =200MHz 时K pmax 为多少？该管的最高振荡频率f M 为多少？

23、在N A = 1015cm -3的P 型硅衬底上制作Al 栅N 沟道MOSFET ，栅氧化层厚度为50nm ，栅氧化层中正电荷数目的面密度为1011cm -2，求该MOSFET 的阈电压V T 之值。

24、某处于饱和区的N 沟道MOSFET 当V GS1 = 3V时测得I Dsat1 = 1mA ，当V GS2 = 4V时测得I Dsat2 = 4mA，求该管的V T 与β之值。

β2⎧I =V -V ()⎪⎪Dsat12GS1T

连立方程组⎨

β2

⎪I =V -V ()Dsat2GS2T ⎪⎩2

25、某N 沟道MOSFET 的V T = 1V, β= 4×10-3AV -2，求当V GS = 6V ，V DS 分别为2V 、4V 、6V 、8V 和10V 时的漏极电流之值。

26、某N 沟道MOSFET 的V T = 1.5V,β= 6×10-3AV -2，求当V DS = 6V，V GS 分别为1.5V 、3.5V 、5.5V 、7.5V 和9.5V 时的漏极电流之值。

27、某N 沟道MOSFET 的V T = 1.5V,β= 6×10-3AV -2，求当V GS 分别为2V 、4V 、6V 、8V 和10V 时的通导电阻R on 之值。

28、某N 沟道MOSFET 的V T = 1V,β= 4×10-3AV -2，求当V GS = 6V，V DS 分别为2V 、4V 、6V 、8V 和10V 时的跨导g m 之值。

29、某N 沟道MOSFET 的V T = 1V,β= 6×10-3AV -2，求当V DS = 4V，V GS 分别为2V 、4V 、6V 、8V 和10V 时漏源电导g ds 之值。

30、某N 沟道MOSFET 的沟道长度L =2μm ，阈电压V T = 1.5V ，电子迁移率为320cm 2/V.s，试求当外加栅电压V GS = 5V时的饱和区跨导的截止角频率ωg m 。

考试会给两页公式纸！！！！！！！！！！微电子器件公式：

部分物理常数：

q =1.6⨯10-19C, kT q =0.026V (T =300k), εS (Si)=11.8⨯8.854⨯10-14=1.045⨯10-12cm, E G (Si)=1.09eV, n i (Si)=1.5⨯1010cm -3, εS (Ge)=16⨯8.854⨯10-14=1.417⨯10-12cm, E G (Ge)=0.66eV, n i (Ge)=2.4⨯1013cm -3, εOX =3.9⨯8.854⨯10-14=3.453⨯10-13F cm

第1章 半导体器件基本方程 1. 泊松方程

d E q

=(p -n +N D -N A ) d x εs

J n =q μn n E +

2. 电流密度方程

J p =q μp p E -

第2章 PN 结

2.1 PN 结的平衡状态

d Q n ∆Q n

d n I =--n q d t τn 3. 电荷控制方程

d Q ∆Q d p p

I p =-p -q d x d t τp

1. 平衡多子

p p0=N A >>n i (P 区)

n n0=N D >>n （i N 区）

2. 平衡少子

n i 2n i 2

n p0==

p p0N A p n0=

2i

2i

n n =

12

3. 内建电势 V bi =

⎛2qN 0⎫kT N A N D

E =V ⎪ 4. 最大电场强度 ln m a b i

εq n i 2⎝s ⎭

⎡2ε⎤N A

E max =⎢s ⋅V bi ⎥ qN D ⎣q N D (N A +N D ) ⎦

5.N 区耗尽区宽度 x n =

εs

1

2

6.P 区耗尽区宽度 x p =

⎡2ε⎤N D

E max =⎢s ⋅V bi ⎥ qN A ⎣q N A (N A +N D ) ⎦

εs

1

2

⎤2V bi ⎡2εs

=⎢V bi ⎥ 7. 总耗尽区宽度 x d =x n +x p =

E max ⎣qN 0⎦

2.2 PN 结的直流电流电压方程

1. 在N 型区与耗尽区的边界处，即 x n 处 p n (x n ) =p

12

⎛qV e x n 0 ⎝kT ⎫⎪ ⎭⎫⎪ ⎭

在P 型区与耗尽区的边界处，即 –x p 处 n p (-x p ) =n p0exp 2. PN 结总的扩散电流密度 J d

⎛qV ⎝kT

⎛D p ⎫⎡D n ⎛qV

J d =J dp +J dn =q p n0+n p0⎪⋅⎢exp

L ⎪⎣L n ⎝kT ⎝p ⎭

⎡⎛qV ⎫⎤=J 0⎢exp ⎪-1⎥

⎝kT ⎭⎦⎣⎡⎛qV ⎫⎤⎛qV ⎫

I F =I 0⎢exp F ⎪-1⎥≈I 0exp F ⎪

⎝kT ⎭⎦⎝kT ⎭⎣

⎛D p D n ⎫⎡⎫⎤⎛qV 2

-1=qn +⋅exp ⎪i ⎪⎥ ⎪⎢L N L N ⎭⎦⎝kT ⎣p D n A ⎝⎭

⎫⎤

⎪-1⎥⎭⎦

3. 势垒区产生复合

⎛qV ⎫exp ⎪-1x n qn i x d kT 电流 J gr =q ⎰U d x =qU x d = ⋅

-x p

2τ⎛qV ⎫

exp ⎪+1

2kT ⎝⎭

4. 薄基区二极管扩散电流 J dp 2.3 准费米能级与大注入效应

qD p n i 2⎡⎛qV

=

exp W B N D ⎢⎝kT ⎣

qD n n i 2⎫⎤

⎪-1⎥... J dn =

W E N A ⎭⎦

⎡⎛qV

exp ⎢

⎝kT ⎣⎫⎤

⎪-1⎥ ⎭⎦

2kT ⎛D ⎫⎛qV ⎫V KN =ln (N 区) ⎪p x =n exp ()n n i n ⎪ ⎪q i ⎝⎭⎝2kT ⎭

1. 转折电压 2. 大注入下结定律

⎛qV ⎫2kT ⎛A ⎫n -x =n exp ()V KP =ln p p i ⎪⎪ n （⎪P 区）2kT ⎝⎭q i ⎝⎭

2.4 PN 结的击穿 1. 雪崩倍增因子 M =

11-⎰αi d x

0x d

2. 雪崩击穿近似计算

⎛2qN 0⎫

E C = V B ⎪

⎝εs ⎭

13

12

⎡εs qN 0⎤⎡aq ε⎤

2.5 PN 结的势垒电容 C T =A ⎢ ⎥(均匀)... C T =A ⎢⎥（缓变）

2V -V 12V -V ⎦⎦⎣bi ⎣bi

2

s

12

2.6 PN 结的交流小信号特性与扩散电容 1. PN 结的直流增量电导 g D =

qI F qI τg τ 2. PN 结的扩散电容 C D =F =D kT 2kT 2

2.7 PN 结的开关特性 1. 超量存储电荷 Q (0) =τ⨯I f 第3章 双极结型晶体管

3.1 双极结型晶体管基础 电流放大系数关系：β=3.2 均匀基区晶体管的电流放大系数 1. 基区输运系 β=

*

I C αβ

=......... α= I B 1-α1+β

J pC J pE

1⎛W B ⎫τb W B 2

=1- ⎪=1-＝1－

2⎝L B ⎭4D B τB τB

2

W B 22⎛1⎫

缓变基区 β=1-2⋅ 1-⎪

2L B η⎝η⎭

*

Q Q W B 2

=B ≈B 2. 基区度越时间 τb =

2D B J pE J pC

3. 基区少子寿命 τB =

Q B R D W N W ρ

4. 注入效率 γ=1-E B B =1-B E =1-口E J pr D B W E N E W E ρB R 口B 1

*

⎛W B 2⎫⎛R 口E ⎫W B 2R 口E

=1-δ 5. 共基极电流放大系数 α=βγ= 1-2⎪ 1-⎪≈1-2-

2L R 2L R ⎝B ⎭⎝口B1⎭B 口B1

⎛W B 2R 口E ⎫1-δ-1

≈δ= 2+6. 共发射极电流放大系数 β=⎪ δ2L R 口B1⎭⎝B

3.4 双极晶体管的直流电流电压方程

-1

1. 埃伯斯－莫尔方程

⎡⎛qV

I E =I ES ⎢exp BE

⎝kT ⎣⎡⎛qV BC ⎫⎤⎫⎤

-1-αI exp R CS ⎢⎪⎥ ⎪-1⎥⎭⎦⎝kT ⎭⎦⎣⎡⎛qV BC ⎫⎤⎫⎤-1-I exp ⎪⎥CS ⎢ ⎪-1⎥⎭⎦⎝kT ⎭⎦⎣

⎡⎛qV

I C =αI ES ⎢exp BE

⎝kT ⎣

2. 共发射极电流方程

⎡⎛qV

I B =(1-α) I ES ⎢exp BE

⎝kT ⎣⎡⎛qV

I C =αI ES ⎢exp BE

⎝kT ⎣

⎡⎛qV BC ⎫⎤⎫⎤

-1+(1-α) I exp R CS ⎢⎪⎥ ⎪-1⎥

kT ⎭⎦⎝⎭⎦⎣

⎡⎛qV BC ⎫⎤⎫⎤

-1-I exp ⎪⎥CS ⎢ ⎪-1⎥

kT ⎭⎦⎝⎭⎦⎣

3. 厄尔利电压 V A ≡

⎰

W B

N B d x

⎛d W B ⎫

N B (W B ) -⎪

d V CE ⎭⎝

=

⎰

W B

N B d x

N B (W B ) dB

d V CB

4. 共发射极增量输出电阻 r o ≡3.5 双极晶体管的反向特性 1. 浮空电势 V BE =

∂V CE V A 2W B V bi

5. 均匀基区厄尔利电压 V A ==,

∂I C I C x dB

kT q ⎛N B ⎫2

ln(1-α)

pt = ⎪(N C +N B ) W B q 2εs ⎝N C ⎭

3. 击穿电压 BV CBO =V B (共基极) BV CEO =

（共发射极）

4. 反向电流 I CBO =(1-ααR ) I CS .......... ........ I CEO =

I CBO

=βI CBO 1-α

击穿后反向电流 I CBO =MI CBO .......... .......... ........ I CEO =

' '

MI CBO

1-αM

3.6 基极电阻 r bb '=

S C ΩS b d

+R 口B3+R 口B2+e R 口B1 2lS b 6l 2l 12l

3.8 电流放大系数与频率的关系 1. 特征频率 f T =

12πτec

=

1

2πτeb +τb +τd +τc =β0f β=|βω|f , (f β

W B 22⎛1⎫x dc kT

=τec =C TE +⋅ 1-⎪++r cs C TC

2πf T qI E 2D B η⎝η⎭2v max

1

3.10 功率增益和最高振荡频率 1. 最大功率增益 K pmax =

P omax f T f T 2

2. 高频优值 =M ≡K f =pmax

P in 8πr bb 'C TC f 28πr bb 'C TC

1

2

1

⎛⎫qI C qI B f T

2

g ==β=M 3. 最高振荡频率 f M = 4. 跨导 ⎪m

KT KT ⎝8πr bb 'C TC ⎭

第 5 章 绝缘栅场效应晶体管

5.2 MOSFET 的阈电压 1.P 型衬底的费米势

ϕFP =E i -E F ）=

V T =ϕMS -

1

q

kT N A kT N D

ln >0 N 型衬底 ϕFN =-ln

Q OX Q A (2ϕFP ) -+2ϕFP

C OX C OX

2. 阈值电压

其中，C ox =

ξ0ξox

t ox

,

当N =1015cm -3时，N 沟ϕMS =-0.9V Q A =-qN A x d =-(4qN A εs ϕFP )

5.3 MOSFET 的直流电流电压方程

12

12⎤Z ⎡

I D =β⎢(V GS -V T ) V DS -V DS (非饱和区).... β=μp C OX

⎥2L ⎣⎦

1. 电流电压方程 V Dsat =V GS -V T

12⎤12⎡

I Dsat =β⎢(V GS -V T ) V Dsat -V Dsat =βV -V （饱和区）()GS T ⎥2⎣⎦2

5.5 MOSFET 的直流参数与温度特性 1. 通导电阻 R on R on =

V DS 1L

== I D β(V GS -V T ) Z μn C OX (V GS -V T )

5.6 MOSFET 的小信号参数、高频等效电路及频率特性 1. 跨导g m

g m =βV DS (非饱和区)

g d s =β（V G -S V -T V ）D S

2. 漏源电导g ds

g ms =β(V GS -V T ) =βV Dsat （饱和区）

∂I D s a t （g d ）==0s s a t

∂V DS

模拟试题【非老师给的试卷】

题目来源：电子科技大学成都学院（20％复习题外新题）

一、填空题（20分）

1、在N 型半导体中，（ ）为多数载流子，（ ）为少数载流子。

2、在PN 结的空间电荷区中，P 区一侧带（ ）荷，N 区一侧带（ ）电荷。

3、势垒电容反映的是PN 结的势垒区电离杂质电荷随外加电压的变化率。PN 结的掺杂浓度越高，则势垒电容就越（ ）；外加反向电压越高，则势垒电容就越（ ）。

4、为了提高晶体管的基区输运系数，应当使基区宽度（ ）基区少子扩散长度。 5、晶体管的共发射极直流短路电流放大系数β是指，发射结（ ）偏、集电结（ ）偏时的（ ）电流与（ ）电流之比。

6、当（ ）降到1时的频率称为最高振荡频率f M 。

7、对于频率不是特别高的一般高频管，提高特征频率f T 的主要措施是（ ）。

8、MOSFET 是利用外加电压产生（ ）来控制漏极电流大小，因此它是（ ）控制器

件。

9、跨导gm 反映了场效应管（ ）对（ ）控制能力，其单位是（ ） 10、要提高N 沟道MOSFET 的阈电压V T ，应使衬底掺杂浓度N A （ ），使栅氧化层厚度T ox （ ）。

二 选择题（10分）

1、当PN 结外加正向偏压时，扩散电流（ ）漂移电流，当外加反向偏压时，扩散电流（）漂移电流。 A 大于，B. 小于，C 等于，D 不定

2、当对PN 结外加反向电压时，其势垒区宽度会（ ），势垒区的势垒高度会（ ）。 A 变宽， B变窄，C 变高，D 不变

3、P ＋N 结耗尽层宽度主要取决于：

A p＋区浓度 B n区的浓度 C P＋区和n 区的浓度

4、限制双极结型晶体管最高工作电压的主要因素是：

A 雪崩击穿电压 B基区穿通电压 C雪崩击穿电压和基区穿通电压的较小者

5、对于实际的增强型MOSFET ，简单说明阈值电压（VT ）包括哪几个部分的电压分量（ ）（多选） A栅氧化层上的电压Vox ， B平带电压VFB C源漏电压VDS D 使半导体表面产生强反型层（沟道）所需要的电压2φFP

6. 晶体管基区运输系数主要决定于：

A 基区浓度 B 基区电阻率和基区少子寿命 C 基区宽度和基区少子扩散长度

三、问答题（30分）

1、 解释PN 结内建电场，缓变基区晶体管内建电场。

2、分别画出PN 结平衡时的能带图；正向偏压，反向偏压时的能带图，势垒区两旁中性区少子浓度分布图

3、降低基区掺杂浓度会对晶体管的各种特性，如α、β、C TE 、BV EBO 、V A 、r bb '等产生什么影响？

4、什么是双极晶体管基区宽度调变效应，什么是基区穿通效应？

5、. 什么是双极晶体管发射结电流集边效应？

6、写出四种类型MOSFET 的符号，输出特性和转移特性曲线

7、简述MOSFET 进入饱和区后，漏极电流不饱和的原因

8、简述MOSFET 击穿电压的类型和产生的原因

三、计算题（30分）

1、某突变PN 结的N A =1⨯1018cm -3, N D =1⨯1016cm -3，试求p p0、n p0、n n0和p n0的值，并求当外加0.5V

2、某均匀基区晶体管的W B =1.5μm, L B =15μm, R 口E =20Ω, R 口B1=2000Ω，求该晶体管的α和β。

3、有一个处于饱和区的N 沟道MOSFET ，当V GS1 = 3V时测得I Dsat1 = 3mA ，当V GS2 = 4V时测得I Dsat2 = 12mA ，试求该MOSFET 的阈电压V T 和增益因子β之值。

答案见群共享《模拟试卷（含答案）》