1、簡答題答案：1.空間電荷區是怎樣形成的。畫出零偏與反偏狀態下pn結的能帶圖。答：當p型半導體和n型半導體緊密結合時，在其交界面四周存在載流子的濃度梯度，它將引起p區空穴向n區集中，n區電子向p區集中。因此在交界面四周，p區留下了不能移動的帶負電的電離受主，n區留下了不能移動的帶正電的電離施主，形成所謂空間電荷區。歡迎下載PN結零偏時的能帶圖：PN結反偏時的能帶圖：2.為什么反偏狀態下的pn結存在電容？為什么隨著反偏電壓的增加，勢壘電容反而下降？答：由于空間電荷區寬度是反偏電壓的函數，其隨反偏電壓的增加而增加。空間電荷區內的正電荷與負電荷在空間上又是分別的，當外加反偏電壓時，空間電荷區內的正負電

2、荷數會跟隨其發生相應的變化，這樣PN結就有了電容的充放電效應。對于大的正向偏壓，有大量載流子通過空間電荷區, 耗盡層近似不再成立，勢壘電容效應不凸顯。所以，只有在反偏狀態下的PN結存在電容。由于反偏電壓越大，空間電荷區的寬度越大。勢壘電容相當于極板間距為耗盡層寬度的平板電容，電容的大小又與寬度成反比。所以隨著反偏電壓的增加，勢壘電容反而下降。3.什么是單邊突變結？為什么pn結低摻雜一側的空間電荷區較寬？答：對于一個半導體，當其P區的摻雜濃度遠大于N區（即NdNa）時，我們稱這種結為P+N；當其N區的摻雜濃度遠大于N區（即Na Nd）時，我們稱這種結為N+P。這兩類特殊的結就是單邊突變結。由于P

3、N結空間電荷區內區的受主離子所帶負電荷量與區的施主離子所帶正電荷的量是相等的，而這兩種帶電離子是不能自由移動的。所以，對于空間電荷區內的低摻雜一側，其帶電離子的濃度相對較低，為了與高摻雜一側的帶電離子的數量進行匹配，只有增加低摻雜一側的寬度。因此，結低摻雜一側的空間電荷區較寬。4.對于突變p+-n結，分別示意地畫出其中的電場分布曲線和能帶圖：答：熱平衡狀態時：突變p+-n結的電場分布曲線：突變p+-n結的能帶圖：注：畫的時候把兩條虛線對齊。5.畫出正偏時pn結的穩態少子濃度分布圖。答：6.畫出正偏pn結二極管電子和空穴電流圖。答：7.解釋pn結二極管集中電容形成的機制；解釋產生電流和復合電流的

4、形成機制。答：在集中區中存在有等量的非平衡電子和空穴的電荷,在直流電壓下的少子濃度會隨其中的溝通成分的轉變而轉變。隨著外加電壓的變化，由于少子濃度變化而形成的少子電荷存儲量的變化不斷地被交替充電與放電，從而表現為電容效應，少子電荷存儲量的變化與電壓變化量的比值即為集中電容。反偏產生電流的形成機制：反偏電壓下，空間電荷區產生了新的電子空穴對，由于反偏空間電荷區的電子濃度與空穴濃度為零，這些新產生的電子空穴對會重新建立新的熱平衡。電子空穴對一經產生，就會被電場掃出空間電荷區。這些被掃出電荷流淌產生的電流即為反偏產生電流。正偏復合電流的形成機制：當PN結外加正偏電壓時，電子與空穴會穿過空間電荷區注入

5、到相應的區域，電子與空穴在穿越空間電荷區時有可能會發生復合，這部分復合的電子與空穴的相對運動形成的電流即為復合電流。8.什么是存儲時間？答：P區與N區均存在過剩載流子。空間電荷區邊緣的過剩載流子由正偏PN結電壓維持。當外加電壓由正偏變為反偏時，空間電荷區邊緣處的少子濃度就不能再維持，于是就會漸漸衰減，如下圖所示。空間電荷區邊緣少子濃度達到熱平衡值時所經受的時間ts即為存儲時間。存儲時間內，反向電流大小是基本不變的。9.為什么隨著摻雜濃度的增大，擊穿電壓反而下降？答：隨著摻雜濃度的增大，雜質原子之間彼此靠的很近而發生相互影響，分別能級就會擴展成微帶，會使原來的導帶底下移，造成禁帶寬度變窄，不加外

6、加電壓時，能帶的傾斜處隧道長度Dx變得更短，當Dx短到肯定程度，當加微小電壓時，就會使P區價帶中的電子通過隧道效應穿過窄窄的禁帶而到達N區導帶，使得反向電流急劇增大而發生隧道擊穿。所以，摻雜濃度越大，禁帶寬度越窄，也就越簡潔發生隧穿，擊穿電壓也就越小。10.畫出有偏壓時抱負金屬半導體結的能帶圖，在圖上標出肖特基勢壘。答：注：左邊是N型金屬半導體結能帶圖，右邊是P型金屬半導體能帶圖，肖特基勢壘圖中已標出。11.比較肖特基二極管和pn結二極管正偏時的I-V特性。答：1. I-V關系式形式相同，由于電流輸運機制不同，肖特基二極管的電流要比pn結的大幾個數量級。2. 相應的肖特基二極管的導通壓降也比較

7、低。3. 由于肖特基二極管是單極性器件，只有多子，少子很少，可認為無少子存儲電荷，高頻特性好，開關時間短，一般在ps數量級。pn結開關時間在ns數量級。12.什么是異質結？答：用兩種不同材料組成的一個結叫做異質結，它可以依據不同的分類標準又分為由導電類型相同的兩種不同材料所形成的同型異質結和由導電類型相反的兩種不同材料所形成的反型異質結，以及突變異質結和緩變異質結。13. 對于n+pn晶體管（基區寬度0,Vbc=0）.深飽和狀態。14共基極電流增益的三個限制因素（放射極注入效率系數、基區輸運系數和復合系數）的定義和對共基極電流增益的影響。答：溝通共基極電流增益：放射極注入效率系數：考慮了放射區

8、中的少子空穴集中電流對電流增益的影響。該電流是放射極的一部分，但它對晶體管的工作沒有作用，由于JpE不是集電極電流的一部分，它的存在會降低共基極電流的增益。基區輸運系數：考慮了基區過剩少子電子的復合作用的影響。抱負狀況下，我們是期望基區中沒有復合的，不過復合是不行避開的，所以復合的存在使基區輸運系數小于1，也就降低了共基極電流的增益。復合系數：考慮了正偏B-E結中的復合的影響。電流JR對放射極電流有貢獻，但對集電極電流沒有貢獻，所以它的存在也降低了共基極電流的增益。15.什么是基區寬度調制效應？該效應的另一個稱呼是什么？答：事實上，晶體管的基區寬度是B-C結電壓的函數，由于隨著結電壓的變化，B

9、-C結空間電荷區會擴展進基區。隨著B-C結反偏電壓的增加，B-C結空間電荷區寬度增加，使得基區寬度減小。中性基區寬度的變化使得集電極電流發生變化，基區寬度的減小使得少子濃度梯度增加，這種效應稱為基區寬度調制效應，又稱厄爾利（Early）效應。16.什么是大注入效應？答：我們確定少子分布時所用的雙極傳輸方程默認接受了小注入。但隨著VBE的增加，注入的少子濃度開頭接近，甚至變得比多子濃度還要大。假如我們假定準電荷中性，那么p型基區中在靠近放射區的那一側由于過剩空穴的存在，多子空穴濃度將會增加。此時發生大注入，促使晶體管發生兩種效應放射極注入效率降低 ( Webster效應 )；集電極電流增大速率變

10、慢。這種效應就是大注入效應。17.晶體管的截止頻率是如何定義的？限制雙極型晶體管的頻率響應的延時因素有那些？答：. a截止頻率 fa ：共基極電流放大系數減小到低頻值的1/2 時所對應的頻率.b截止頻率f b ：共放射極電流放大系數減小到低頻值的1/2 時所對應的頻率. .晶體管的頻率參數與晶體管的載流子渡越時間有關,它包括電子從放射極到集電極的有效渡越時間、放射結充電時間、放射極集中電容充電時間、集電結耗盡區渡越時間等。18.大致繪出p溝道pnJFET的截面圖，標明器件工作時的電壓極性。答：注：這是n溝道的，類似的p溝道可畫出，并標明工作電壓極性。19.定性闡述n溝道耗盡型pnJFET的基本

11、工作原理。答：基本工作原理：如上圖1，顯示了一個當柵極零偏時的n溝道pnJFET。假如源極接地，并在漏極上加一個小的正電壓，這漏極產生一個漏電流ID。n溝道實質上是個電阻，因此，對于小的VDS，ID與VDS的曲線接近于線性變化，如上圖所示。當我們給pnJFET的柵極與源極之間加一個電壓后，溝道電導系數就會發生變化，如上圖所示，當在柵極加一個負壓時，柵極與溝道形成結反偏，其空間電荷區增寬，溝道寬度變窄，溝道電阻增加。當反偏電壓達到肯定程度時，空間電荷區會將溝道完全填滿，這種狀況稱為溝道夾斷，此時漏電流幾乎為零，由于耗盡層隔離了源端與漏端。當柵電壓為零，漏電壓變化時，如上圖，隨著漏源電壓的增大（正

12、值），柵與溝道形成的結反偏，空間電荷區向溝道區擴展。隨著空間電荷區的擴展，有效溝道電阻增大。此時沿溝道長度方向，溝道電阻隨位置的不同而變化，而溝道電流是一個常數，所以溝道壓降將隨位置的不同發生相應的變化。假如漏極電壓進一步上升，溝道將在漏極處夾斷。漏電壓連續增大，漏電流將保持不變，此時晶體管工作在飽和區，漏電流與VDS無關，將體現為柵壓把握。20.分別繪出工作在積累、耗盡和反型模式下的n型襯底MOS電容的能帶圖。答：積累模式：耗盡模式：反型模式：21.為什么當反型層形成時MOS電容器的空間電荷區認為達到最大寬度？答：當反型層形成時，表面處的的少子濃度等于半導體體內多子的濃度，此時所加電壓稱為閾

13、值電壓。假如柵壓大于這個閾值，導帶會稍微向費米能級彎曲，表面處導帶的變化只是柵壓的函數。然而表面少子的濃度是表面勢的指數函數。表面勢增加數伏特（），將使電子濃度以的冪次方增加，但是空間電荷區的寬度的變換卻格外微弱，這種狀況下，空間電荷區已經達到了最大值。22.繪出低頻時n型襯底MOS電容器的C-V特性曲線。當高頻時曲線如何變化？答：低頻時：高頻時：23.定性闡述MOSFET的基本工作原理。答：對于較小的，當時，漏電流為零。當時，反型層的厚度會定性的表明相對電荷密度，這時的相對電荷密度在溝道長度方向上為一常數，相應的特征曲線如左上角圖所示。隨著漏電壓的增大，漏端四周的反型層電荷密度也將減小，漏端

14、的溝道電導減小，ID-VDS特性曲線的斜率也將減小，如右上角圖所示。當增大到漏端的氧化層壓降等于時，漏端的反型層電荷密度為零，此時漏端的電導為零，即ID-VDS特性曲線的斜率也為零，如左下角圖所示。當連續增大，使其大于（sat）時，溝道中的反型電荷為零的點移向源端。這時，電子從源端進入溝道，通過溝道流向漏端。在電荷為零的點處，電子被注入空間電荷區，并被電場掃向漏端。假如假設溝道長度的變化L相對于初始溝道長度L而言很小，那么（sat）時漏電流為一常數，如右下角圖所示。24.襯底加偏置電壓會對器件工作造成怎樣的影響？答： 當在襯底加偏置電壓時，氧化層下面的空間電荷區寬度將從初始值XdT開頭增加，對

15、于n溝道MOSFET，當有VSB0時，將會有更多的電荷與此區有關。考慮到MOS電中性的條件，金屬柵上的正電荷必需增多，以補償負空間電荷的增多，從而達到閾值反型點。對于p溝道MOSFET有同樣的效果，所以當襯底加偏置電壓時，會使MOSFET的閾值電壓增加（p溝道為閾值電壓確定值增大）。25.什么是MOSFET的亞閾特性？對電路工作有何影響？答：MOSFET的亞閾特性就是指在|VGS|VT時，漏源電流ID并不為零，也就是晶體管不能精確進入關斷狀態。 假如MOSFET被偏置在等于或稍低于閾值電壓時，漏電流并不為零。在含有數以百萬計的大規模集成電路中，亞閾值電流可以造成很大的功耗。26.為什么通常狀況下反型層中載流子的遷移率不是常數？答：一是由于遷移率隨柵壓會發生轉變；二是隨著載流子接近飽和速度這個極限，有效載流子遷移率將減小。這兩個緣由導致反型層中的載流子的遷移率不會是常數。27.什么是速度飽和現象？它對MOSFET的I-V特性有何影響？答：在增大電場時，載流子的漂移速度不會無限地增大，當電場強度達到肯定程度時，載流子的速度會消滅飽和，這種現象叫做速度飽和現象。由于垂直電場與表面散射的影響，飽和速度會隨著所見柵壓而減小一些。速度飽和會導致ID(sat)和VDS(sat)的值比抱負關系中的小些。ID(sat)大約