半導體器件總復習

本文格式為Word版，下載可任意編輯——半導體器件總復習雪崩擊穿

電子和空穴受到強電場作用，向相反的方向加速運動，獲得很大的動能和很高的速度，就會發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生電子—空穴對。電子和空穴還會繼續(xù)發(fā)生碰撞，產(chǎn)生下一代載流子。如此繼續(xù)下去，載流子的數(shù)量大量增加，這種產(chǎn)生載流子的方式稱為載流子的倍增。當反向電壓增大到一數(shù)值時，載流子的倍增宛如雪崩現(xiàn)象一樣，載流子迅速增多，使反向電壓急劇增大，從而產(chǎn)生了PN結(jié)的擊穿，稱為雪崩擊穿。緩變基區(qū)的自建電場（NPN晶體管）

緩變基區(qū)晶體管的基區(qū)存在雜質(zhì)濃度梯度，基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）相應具有一致的濃度分布梯度，這將導致雜質(zhì)向濃度低的方向擴散，空穴一旦離開，基區(qū)的電中性將被破壞。為了維持電中性，必然在基區(qū)中產(chǎn)生一個電場，使空穴反方向的漂移運動來抵消空穴的擴散運動，這個電場稱為緩變基區(qū)的自建電場。JFET的本征夾斷電壓UP0

當柵壓UGS增至耗盡層寬度時，成為全溝道夾斷，溝道電導下降為零，定義使導電溝道消失所加的柵-源電壓為夾斷電壓UP，此時，柵結(jié)上相應總電勢差稱為本征夾斷電壓UP0。簡要說明平衡PN結(jié)的空間電荷區(qū)是如何形成的（5分）。

P型和N型半導體接觸，由于在界面處存在著電子和空穴的濃度差，N區(qū)中的電子要向P區(qū)擴散，P區(qū)中的空穴要向N區(qū)擴散。這樣，對于P區(qū)，空穴離開后，留下了不可動的帶負電荷的電離受主，這些電離受主在PN結(jié)的P區(qū)側(cè)形成了一個負電荷區(qū)；（2分）同樣，在N區(qū)由于失去電子而出現(xiàn)了由不可動電離施主構(gòu)成的正電荷區(qū)。（2分）尋常，把PN結(jié)附近的這些電離施主和電離受主所帶的電荷稱為空間電荷，它們所在的區(qū)域稱為空間電荷區(qū)。（1分）

2．雙極型晶體管的基區(qū)寬變效應及其對晶體管管特性的影響？（5分）

當晶體管的集電結(jié)反向偏壓發(fā)生變化時，集電結(jié)空間電荷區(qū)寬度Xmc也將發(fā)生變化，所以，有效基區(qū)寬度也隨著發(fā)生變化。（2分）這種由于外加電壓變化，引起有效基區(qū)寬度變化的現(xiàn)象稱為基區(qū)寬變效應。（2分）

影響：使輸出特性曲線向上傾斜，輸出電流增加，電流放大系數(shù)增大。(1分)簡要說明如何提高雙極型晶體管特征頻率參數(shù)fT？（5分）

（1）減小基區(qū)寬度，并采用擴散基區(qū)，其中減小基區(qū)的寬度是關鍵。為了得到小的基區(qū)寬度，就必需采用淺結(jié)擴散。（2分）（2）盡量減小發(fā)射結(jié)面積。（1分）（3）基區(qū)擴散的薄層電阻大些，即濃度低些。（1分）（4）減小集電結(jié)面積，適當降低集電區(qū)電阻率。（1分）4．何為強反型?并用能帶進行表示（5分）

強反型是指表面積累的少子濃度等于甚至超過襯底多數(shù)載流子濃度的狀態(tài)。用能帶表示為，能帶彎曲到表面勢等于或大于2倍費米勢的狀態(tài)。（3分）用US表示表面勢，ΨF表示費米勢，則

US?2??2(Ei?EF)qF

其中，Ei和EF分別為本征與雜質(zhì)費米能級。（2分）5．MOS管的溝道夾斷及其對電流特性的影響。

當漏—源電壓增加到漏端絕緣層上的有效電壓低于表面強反型所需的閾值電壓UT時，漏端絕緣層中的電力線將由半導體表面耗盡區(qū)中的空間電荷所終止，（2分）漏端半導體表面的反型層厚道為0，溝道消失（被夾斷），而只剩下耗盡區(qū)，這就稱為溝道夾斷。（2分）對電流的影響：漏電流進入飽和，不隨漏電壓變化。（1分）

綜合題（共15分）

對于一個加強型NMOS管，

（1）給出襯底和溝道中的載流子類型；（2分）（２）畫出加強型NMOS管輸出特性曲線；（3分）（３）給出線性區(qū)飽和區(qū)的漏-源電流方程。（5分）

（４）根據(jù)飽和區(qū)的漏-源電流方程和交流小信號增量參數(shù)跨導定義，推導出飽和區(qū)的跨導，

并表示為漏電流的表達式。（5分）

（1）襯底為P型，溝道中的載流子類型為電子；（2分）（2）圖

ID三極管區(qū)飽和區(qū)VGS3VGS2VGS1VGS1-VthVGS2-VthVGS3-VthVDS

（3分）（3）

線性區(qū)：IDS???(UGS?UT)UDS???12?UDS?（2分）2?其中??COX?n飽和區(qū)I（4）

跨導的定義gm??DS12WL（1分）

2?(UGS?UT)（2分）

?IDS?UGS12UDS?C（2分）

gms??IDS?UGS?{??(UGS?UT)}?UGS??(UGS?UT)?2?IDS（3分）

2一個硅P+N結(jié)（單邊突變結(jié)）的P+區(qū)的雜質(zhì)濃度為1×1019cm-3，N區(qū)雜質(zhì)濃度為為1×1016cm-3，其中硅的?s?11.8，?0?8.85?10?14F/cm，ni?1.5?1010cmq?1.6?10?19?3，

，T?300K

（1）求平衡PN結(jié)的接觸電勢差UD；（2分）（2）求PN結(jié)的最大雪崩擊穿電壓；（2分）

（3）在反向偏壓10伏時，求出勢壘區(qū)的寬度和最大電場強度，畫出電場強度的分布。（1）

UD?kTqlnNDNAni2+

?0.026ln1?10?1?10(1.5?10)1021916（2分）

?0.278V（2）

13UB?6?10ND?3/4?6?10?(10)1316?3/4?60V（2分）

（3）

勢壘區(qū)的寬度

分）

最大電場強度

?2??(U?U)?Xm??s0D?Nq0???41/2?2?8.85?10?14?11.8?(0.28?10)????16?1910?1.6?10??1/2（3

?1.58?10cm?1.58?m1EM?N0qXm?s?0?2N0q(UD?U???s?0?16?19)?2??1?2?1?10?1.6?10?(0.28?10)?2????1411.8?8.85?10???1.77?10V/cm?1.77?10V/m57（2分）

圖（1分）

PN結(jié)的擴散電容

當PN結(jié)的正向電壓加大時，為了使正向電流隨著增大，擴散區(qū)就要積累更多的非平衡載流子。而當PN結(jié)的正向電壓減小時，為了使正向電流隨著減小，積累在擴散區(qū)的非平衡載流子就要減小。顯然，在擴散區(qū)中積累電荷也隨著外加電壓而改變，因而PN結(jié)也可等效成一個電容，這個電容稱為PN結(jié)的擴散電容。雙極型晶體管的高頻優(yōu)質(zhì)

Gpmf2?fM?2fT8?rbCc，Gpmf2稱為晶體管的高頻優(yōu)值，也稱為功率增益—帶寬積，全

面反映了晶體管的頻率和功率性能，優(yōu)值越高，晶體管的頻率和功率性能越好。MOS場效應晶體管的溝道夾斷

當MOS場效應晶體管的漏—源電壓增加到漏端絕緣層上的有效電壓低于表面強反型所需的閾值電壓UT時，漏端絕緣層中的電力線將由半導體表面耗盡區(qū)中的空間電荷所終止，漏端半導體表面的反型層厚道為0，溝道消失（被夾斷），而只剩下耗盡區(qū)，這就稱為溝道夾斷。畫出pn結(jié)的能帶圖，標出空間電荷區(qū)接觸電勢差，寫出接觸電勢差的表達式。（5分）

（3分）

UD?k0TqlnNDNAn2i（2分）

晶體管要具有放大能力，必需滿足的條件？（以NPN晶體管說明）（5分）。（1）發(fā)射區(qū)高摻雜，能發(fā)射大量的電子；（1分）

（2）基區(qū)低摻雜且基區(qū)寬度窄，減少電子的復合損失；（2分）（3）發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射電子；（1分）（4）集電結(jié)反偏，收集電子。（1分）

雙極型晶體管的特征頻率fT？實際測量工作中，如何測量特征頻率fT？（5分）fT是當共基極交流電流放大系數(shù)β下降到1時所對應的頻率，是晶體管具有電流放大作

用的最高頻率極限。（2分）根據(jù)公式fT??0f??f?，在實際測量fT時，并不需要去測量??1時的頻率，而只要在比

f?大得多的任何一頻率f下（比fT小得多）測量出?，二者的乘積就是特征頻率fT