集成电路设计基础作业题解答(1～4).doc

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1、第一次作业：1、为什么PN结会有单向导电性？答PN结是由P型半导体和N型半导体结合在一起形成的。P型半导体多了•是空穴，N型半导体多子是电了。当形成PN结后由于载流子的浓度差，电了会向P型侧扩散，空穴会向N型侧扩散。随着扩散的进行,会在接触处形成一定厚度的空间电荷区，电荷区屮的正负离化中心形成内建电场。随着空间耗尽区的扩展和内建电场的增强，电场作用下的漂移得到加强，扩散随Z减弱，最后漂移电流和扩散电流达到平衡。若给PN结两端加上正电压，夕卜加电场将会削弱内建电场从而加强扩散削弱漂移，此时扩散电流电流大于漂移电流从而形成正向导通电流。当PN结加上反向偏压后，外加电场和内建电场同向，此时

2、扩散进一步收到抑制，漂移得到加强。但漂移的少数载流了非常少，所以没能形成大的反向导通电流。这就是PN结的单向导电性。2、为什么半导体掺杂后导电能力大大增强答：木征半导体在常温情况下由于热激发产生的空穴电了对浓度大约在1（疋量级。而在常温下木征半导体的导电能力非常弱。当掺入B或P等杂质后，在常温下的掺杂杂质基木全部离化，杂质的离化而会在价带或导带产生大量的能做共有化运动的空穴或电了。在杂质没有补偿的情况下，载流了浓度近似等于杂质浓度，半导体掺杂后大大增加。根据电导率0二nqP（n）+pqMp）可知，掺杂半导体的电导率大大增加，即导电能力明显增强。3、为什么晶体管有放大作用？答：我们定义

3、晶体管集电极电流和基极电流的比值为晶体管放大倍数。只有当晶体管处于放大状态时才具有线性放大能力。当BE结正偏，BC结反偏时管子处于放大状态。因为发射极高掺杂，在BE正向导通时,发射极的大量电子（以NPN管为例）扩散到基区。基区空穴扩散到发射极，而基区浓度远比发射极来得低所以电了扩散电流占主要部分。因为基区很薄且载流了寿命很长，到达基区的电了只有一小部分和基区注入得空处复合，绝大部分要在反偏的集电结内建电场作用下而漂移到集电极。所以集电极电流与基极电流的比值比较大，即放大倍数比较大。第二次作业1・3、题目略解答：（1）①由图可知Sr=LrxWh=45x2=2700w/n2Sg=LIiL

4、xWtiI=（65一25）x（122.5-25）=3900w/n2S’内=95x140=1330（）初？Se{—Le^xWE-=15x10=150初JS—孔xW（：i=40x10=400“加2%1由图可知De_b={SumDE_B^y=Sum4-〃孔=l°umDb_j=1SumD（.[=22.5umD.5um(2)单位：mm比例:1：500埋层掩模版单•位：mm比例：1：500单位：血隔离椚掩模版比例：1：500单位：mm比例：1：500发射极和集电极接触掩模ISO0.201单位：mm比例：1:500接触孔掩模版单位：mm比例：1：500金屈引线掩模版单位：mm比例：1：5001・

5、5、题目略设计条件如下：%1单条形基极，单条形发射极，单条形集电极%1工艺允许最小宽度为2u%1外延层厚度和各图形的间距也是2u%1采川标准的PN结隔离双极型T艺%1要求管了占有面积最小解答：根据以上条件可以得到以下layoutISO（1）根据以上版图可以计算一个NPN管的版图曲积为aS=LxW=26umx16um=46“n-每平方厘米管子的个数川=匕卩-u2.4xIO5416（2）每个管子的功耗=-W；-=8.3xlO-6W2.4xlO5（3）当最小间距是5um时，“=24xl（）“8400,每个管子的功耗=』l=5.21x10巧”2.5x2.538400当哉小间距是0.5um时

6、，N=2.4x10〉x16=3.84x106,每个管子的功耗=2W3.84xlO6=5.21x10—®2.1利用EM模型证明%"」叩—匚沁/厂—0C匸1匸V5C^Vzlnri-cFE]EOCOEOVBC=Vzln[l-5（人、改为=Vfln[,+1co证明：根据EM模型可知CBOVRrVr1R=IESeXP（—）-1-gcseXP（—）-1exp（号exp（十-1其屮人・S为集电极短路时，发射极的反向饱和电流，它与集电极开路时发射极反向饱和电流/咖有以下关系;Icsexp（¥）—l将此式带入①得到a」Esexp（牛）-1上式也可写成IE=IEBOCp(y)—1,Jt*1IEBO=(1

7、~~4QIES其屮Ics为发射极短路时，集电极的反向饱和电流，它与发射极开路时集电极反向饱和电流/的有以下关系同样可得到1CBO=(1—a卜0R、ICS将②式乘以Or,并与①相减得到exp（护-1yIF=aRIc+（-aFIR）IESexp（寸）—1整理便可得到EBO同理可以得到现中―I，从而可得%=匕1叩+今也］'eno第三次作业2.2、先求解半个单元的电阻%1求解rcl由图可W=15um,L=100umT=Tepj~xjC-T8L_UP=Sum4?!