固体电子器件原理期末考试题A卷及答案.doc

固体电子器件原理期末考试题A卷及答案.doc

《固体电子器件原理期末考试题A卷及答案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固体电子器件原理期末考试题A卷及答案.doc（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第1页共9页固体电子器件原理期末考试题A卷及答案一、能带图（27分）1.画出硅pn结零偏、反偏和正偏条件下的能带图，标出有关能量。

（9分）2.画出n型衬底上理想的金属-半导体接触（理想金属-半导体接触的含义：

金属-半导体界面无界面态，不考虑镜像电荷的作用）的能带图，（a）ms,（b）ms,mjx时，dAGQQ，否则，|dAGQQ。

从（4.144）式可以看出，对于n沟道MOSFET，沟道方向的尺寸效应使阈电压TV降低。

（2）窄沟道效应图4.51沟道宽度方向的窄沟道效应，栅压控制的耗尽区电荷增加图4.50沟道方向的小尺寸效应使栅极实际控制的空间电荷减少第6页共9页在沟道的宽度方向，由于耗尽区的扩展，栅压控制的衬底耗尽区电荷比栅下的矩形区域的电荷多。

如图4.51，将W方向的扩展以1/4园柱近似，则电荷密度的平均增加量为WLLxqNQdA22max=（4.148）即2maxWxQQdd=（4.149）式中dQ是不考虑尺寸效应时栅压所控制的耗尽区电荷密度。

由（4.144）式可以看出，窄沟道效应使阈电压TV增加。

5.向MOSFET沟道区的耗尽层内注入施主或受主杂质，可以调整阈值电压，简述其原理。

（3分）要点：

向MOSFET沟道区的耗尽层内注入施主或受主杂质，改变了空间电荷区的电荷密度。

注入受主，使阈值电压中的Qd/Cox项增大，阈值电压向正方向移动，注入施主，使阈值电压中的Qd/Cox项减小（负值增大），阈值电压向负方向移动。

6.简述热电子效应，它对MOSFET的阈值电压有何影响？

（3分）1.热电子效应如图4.59（a）所示，有以下几类热电子:

图4.59（a）热电子类型：

1沟道热电子，2漏区电离热电子，3衬底热电子第7页共9页

（1）当沟道电场足够强时，反型层中的一些电子有可能获得足以克服Si-SiO2界面势垒的能量，注入到栅氧化层中。

沟道漏端的电场最强，注入主要发生在该区域。

（2）在漏区附近的耗尽区内，电场很强，由碰撞电离产生的电子空穴对中，具有克服Si-SiO2界面势垒能量的电子也可能注入栅氧化层。

（3）衬底热激发产生的电子，在纵向电场的作用下，也有可能获得足够高的能量，克服Si-SiO2势垒，注入栅氧化层。

图4.59（b）给出热电子效应对阈电压和转移特性的影响。

可以看出，热电子效应使MOSFET的阈电压增大，跨导降低。

在上述三种热电子过程中，注入到栅氧化层中的电子，或成为栅流的一部分，或者陷在氧化层中的陷阱位置上。

陷在氧化层中的陷阱位置上的热电子数在器件工作过程中不断增加，对器件的长期稳定性极为不利。

后果之一是限制了可使用的最高漏源电压。

要克服热电子效应，可从两方面着手：

一方面提高栅氧化层质量，减小氧化层中的陷阱密度，使热电子成为栅流而不被氧化层所俘获；另一方面是削弱漏区的电场，把漏pn结做成缓变结，降低局部峰值电场强度等措施。

7.提高MOSFET的漏极电流容量和跨导的措施有哪些？

（4分）要点：

提高沟道宽长比，提高沟道载流子迁移率，增大栅极氧化层电容，例如采用高介电常数的介质作栅极介质。

三、计算计算（共38分）（T=300K，真空介电常数:

8.851014F/cm,Si的相对介电常数:

11.7,SiO2的相对介电常数:

3.9）1.分别计算300K下GaAs和Ge两种pn结的接触电势差Vbi。

pn结的参数是：

Nd=1015cm3,Na=1016cm3.（GaAs:

ni=2106cm3;Ge:

ni=2.41013cm3）.（8分）2lniadbinNNqkTV=对于GaAs，得分评分人图4.59（b）热电子效应对MOSFET转移特性和阈电压的影响4485第8页共9页（V）097.1）102（1010ln0259.0261615=biV对于Ge（V）253.0104.21010ln0259.02621615=biV2.突变硅pn结的参数为Na=2.251017cm3，Nd=1015cm3.T=300K，计算零偏时的空间电荷区宽度W。

（Si:

ni=1.51010cm3）（8分）（V）7156.0）105.1（101025.2ln0259.02101517=biV）（106.910106.17156.01085.87.11225151914cmqNVWdbi=3.硅pn结的临界击穿电场可近似为Ecrit=4105V/cm.要使pn结的击穿电压大于50V，计算p+n结的n区允许的最高杂质浓度。

（7分）2021critdBEqNV=）（10035.150106.1210161085.87.112131619101420=cmEqVNcritBd4.硅n沟道MOSFET，n+多晶硅栅极，Na=21016cm3,tox=50nm,Qox=21011cm2.计算阈值电压。

（15分）衬底费米势（V）365.0105.1102ln0259.0ln1016=iafpnNqkT氧化层电容）（F/cm109.610501085.89.328714=oxoxoxtC衬底最大耗尽层厚度（cm）1017.2102106.173.01085.87.112）2（252/11619142/1max=afpsdqNx衬底耗尽层电荷）（C/cm10944.61017.2102106.12851619max=dadxqNQ氧化层等效电荷）（C/cm102.3102106.1281119=oxQ近似认为，对于n+多晶硅栅极，费米能级FE与导带底能级CE重合，则n+多晶硅栅极与衬第9页共9页底功函数差为（V）925.0）365.056.0（）2（=+=+=fpgmsE阈值电压（V）348.0543.0925.073.0109.610）944.62.3（925.073.0288=+=+=oxoxmsoxdfpTCQCQV