青科大标准答案2007-2008(2)A

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1、拟题人：高树静书写标准答案人：高树静拟题学院（系）：信息科学技术学院适用专业：集成061－22007-2008学年2学期半导体器件电子学试题标准答案（答案要注明各个要点的评分标准）一、名词解释（每小题5分，共20分）1、答：费米函数：影响电子能量分布的表达式；某个特定的能级被电子占据的概率。（3分）费米能级ξF：在此能量下，电子的占有率为1/2。（2分）2、答：当PN结加反向偏压时，做漂移运动的载流子在经过空间电荷区时，在电场作用下获得很高的能量，且不断与晶格原子发生碰撞。当电子很空穴能量足够大时，可以将电子激发到导带，想成电子-

2、空穴对，即所谓的碰撞电离。（2分）新产生的电子空穴也向相反的方向运动，重新获得能量，通过碰撞产生新的电子-空穴对，即载流子的倍增效应。（2分）载流子的增多会产生很大的反向电流，形成雪崩击穿。（1分）3、当VCE增大后，导致基区变窄，进而导致共发射极电流放电系数变大，IC增大。（4分）这种由基区宽度调制效应而引起的IC随VCE（或VCB）的变化称为厄利效应。（1分）4、在栅极没有外加电压的情况下，由于非理想因素的存在（例如势垒高度差，以及氧化层电荷等），使得半导体衬底表面电势不为0，（1分）从而产生能带弯曲。在栅极加电压之后，可以使

3、表面电势为0，进而拉平能带图。（1分）这种外加的能拉平半导体能带的电压就叫做平带电压。（3分）二、简答题301、（5分）答：禁带的宽度区别了绝缘体和半导体，绝缘体的禁带比半导体的禁带宽；（2分）而禁带的有无是导体和半导体、绝缘体之间的区别，导体是没有禁带的；（2分）绝缘体是相对的，不存在绝对的绝缘体。（1分）2、（15分）答：本征半导体费米能级位于禁带中央，能带图如下所示。（3分）当掺入施主杂质后，由于电子浓度增加，使得电子占据能带的能力增强，从而占据高能级的概率增加，使费米能级上移，靠近导带；（3分）当掺入受主杂质后，由于空穴浓

4、度增加，电子浓度降低，使得电子占据能带的能力减弱，从而占据高能级的概率降低，使费米能级下移，靠近价带。（3分）（5分）左图为PN结形成前的能带图，右图为PN结形成后的能带图。PN结形成后的主要变化有：（1）由于整个系统最后达到了热平衡，因此PN结两侧的费米能级是统一的。（3分）（2）形成PN结之后，由于空间电荷区的势垒高度，使得P型边一侧的电势要低于N型边一侧的电势。而能带图反映的是电势势能，因此P型边一侧的电子电势高于N型边一侧的电子电势，能带图从P型边一侧到N型边一侧向下弯曲。弯曲的幅度为。（3分）3、（10分）答：跨导即输出

5、电流对输入电压的变化率，反映了VGS对ID的控制。（2分）（2分）其中因此跨导由以下结构和技术决定：迁移率；氧化层厚度；Z/L比例。可以采用以下几种方法提高跨导：（1）由于电子迁移率要高于空穴迁移率，因此可以尽量采用N沟道器件；（2分）（2）氧化层电容与氧化层厚度成反比，因此要尽量降低氧化层厚度；（2分）（3）提高Z/L的比例，但是如果提高Z，会导致器件面积增加，成本增加，因此要尽量降低沟道长度L。（2分）一、答：（1）电流主要为扩散电流，由电子扩散运输方程知，由爱因斯坦关系式可得（3分）在-Wp

6、-Wp/2

7、物－硅表面空间电荷区所形成的耗尽层电容CS。MOS电容系统是二者串联的结果。（2分）根据VG的变化，MOS系统电容特性可以分为三个区域。（3分）（1）积累区（VG<0）（5分）由于VG<0，因此硅表面电势为负，由于在理想情况下，sio2弯曲绝缘，因此衬底的费米能级不变，而禁带中线随能带向上弯曲。在此趋于内CS较大，与CO串连后可以忽略不计。而CO是一个常数。因此归一划电容近似为1。随着VG趋向0，表面空穴积累变小，CS变小，总电容也变小。（2）耗尽区（5分）当VG>0时，表面势大于0，在空间电荷区中，能带向下弯曲。造成多子耗尽，少

8、子增多，但少子数量仍可忽略。耗尽层厚度随电压上升而加厚，CS下降。总电容下降。（4）反型区（5分）在耗尽基础上进一步增加VG，能带弯曲更大，使得禁带中线超过了费米能级。此时出现了半导体表面n>ni和p