微电子器件课程复习资料题

1、若某突变PN 结的P 型区的掺杂浓度为163A 1.510cm N -=?，则室温下该区的平衡多子浓度p p0与平衡少子浓度n p0分别为（316105.1-?=cm N A ）和（314105.1-?=cm N A ）。

2、在PN 结的空间电荷区中，P 区一侧带（负）电荷，N 区一侧带（正）电荷。内建电场的方向是从（N ）区指向（P ）区。[发生漂移运动，空穴向P 区，电子向N 区]

3、当采用耗尽近似时，N 型耗尽区中的泊松方程为（D S E u q dx d ε=→

）。由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（大）。

4、PN 结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（小），内建电场的最大值就越（大），内建电势V bi 就越（大），反向饱和电流I 0就越（小）[P20]，势垒电容C T 就越（ 大 ），雪崩击穿电压就越（小）。

5、硅突变结内建电势V bi 可表为（2ln i

D A bi n N N q KT v =）P9，在室温下的典型值为（0.8）伏特。 6、当对PN 结外加正向电压时，其势垒区宽度会（减小），势垒区的势垒高度会（降低）。

7、当对PN 结外加反向电压时，其势垒区宽度会（增大），势垒区的势垒高度会（提高）。

8、在P 型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度n p 与外加电压V 之间的关系可表示为（)exp()(0KT

qv p p p n x n =-）P18。若P 型区的掺杂浓度173A 1.510cm N -=?，外加电压V = 0.52V ，则P 型区与耗尽区边界上的少子浓度n p 为（3251035.7-?cm ）。

9、当对PN 结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（大）；当对PN 结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（小）。

10、PN 结的正向电流由（空穴扩散）电流、（电子扩散）电流和（势垒区复合）电流三部分所组成。

11、PN 结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（多子）；PN 结的反向电流很小，是因为反向电流的电荷来源是（少子）。

12、当对PN 结外加正向电压时，由N 区注入P 区的非平衡电子一边向前扩散，一边（复合）。每经过一个扩散长度的距离，非平衡电子浓度降到原来的（e 分之一）。

13、PN 结扩散电流的表达式为（]1)[exp(0-=+=KT

qv dn dp d I J J J ）。这个表达式在正向电压下可简化为（)exp(0KT

qv d J J =），在反向电压下可简化为（J J d -=）。 14、在PN 结的正向电流中，当电压较低时，以（势垒区复合）电流为主；当电压较高时，以（扩散）

电流为主。

15、薄基区二极管是指PN 结的某一个或两个中性区的长度小于（该区的少子扩散长度）。在薄基区二

极管中，少子浓度的分布近似为（线性分布）。

16、小注入条件是指注入某区边界附近的（非平衡少子）浓度远小于该区的（平衡多子）浓度，因此该

区总的多子浓度中的（非平衡）多子浓度可以忽略。

17、大注入条件是指注入某区边界附近的（非平衡少子）浓度远大于该区的（平衡多子）浓度，因此该

区总的多子浓度中的（平衡）多子浓度可以忽略。

18、势垒电容反映的是PN 结的（微分）电荷随外加电压的变化率。PN 结的掺杂浓度越高，则势垒电容

就越（ 大 ）；外加反向电压越高，则势垒电容就越（ 小 ）。P44

19、扩散电容反映的是PN 结的（非平衡载流子）电荷随外加电压的变化率。正向电流越大，则扩散电容

就越（大）；少子寿命越长，则扩散电容就越（大）。P51

20、在PN 结开关管中，在外加电压从正向变为反向后的一段时间内，会出现一个较大的反向电流。引

起这个电流的原因是存储在（N ）区中的（非平衡载流子）电荷。这个电荷的消失途径有两条，即（反向电流的抽取）和（少子自身的复合）。

21、从器件本身的角度，提高开关管的开关速度的主要措施是（降低少子寿命）和（加快反向复合）。

（减薄轻掺杂区的厚度）

22、PN 结的击穿有三种机理，它们分别是（雪崩击穿）、（齐纳击穿）和（热击穿）。

23、PN 结的掺杂浓度越高，雪崩击穿电压就越（小）；结深越浅，雪崩击穿电压就越（小）。

24、雪崩击穿和齐纳击穿的条件分别是（10→?dx i rd α）和（足够小max

min qE E G d =）。P41 25、晶体管的基区输运系数是指（基区中到达集电结的少子）电流与（从发射结刚注入基区的少子）电

流之比。P67由于少子在渡越基区的过程中会发生（复合），从而使基区输运系数（小于1）。为了提高基区输运系数，应当使基区宽度（远小于）基区少子扩散长度。

26、晶体管中的少子在渡越（基区）的过程中会发生（复合），从而使到达集电结的少子比从发射结注

入基区的少子（小）。

27、晶体管的注入效率是指（从发射区注入基区的少子）电流与（总的发射极）电流之比。P69为了提

高注入效率，应当使（发射）区掺杂浓度远大于（基）区掺杂浓度。

28、晶体管的共基极直流短路电流放大系数α是指发射结（正）偏、集电结（零）偏时的（集电极）电

流与（发射极）电流之比。

29、晶体管的共发射极直流短路电流放大系数β是指（发射）结正偏、（集电）结零偏时的（集电极）

电流与（基极）电流之比。

30、在设计与制造晶体管时，为提高晶体管的电流放大系数，应当（减小）基区宽度，（降低）基区掺

杂浓度。

31、某长方形薄层材料的方块电阻为100Ω，长度和宽度分别为300μm 和60μm ，则其长度方向和宽

度方向上的电阻分别为（Ω500）和（Ω20）。若要获得1K Ω的电阻，则该材料的长度应改变为（m μ600）。

32、在缓变基区晶体管的基区中会产生一个（内建电场），它对少子在基区中的运动起到（加速）的作

用，使少子的基区渡越时间（减小）。

33、小电流时α会（减小）。这是由于小电流时，发射极电流中（势垒区复合电流）的比例增大，使注

入效率下降。

34、发射区重掺杂效应是指当发射区掺杂浓度太高时，不但不能提高（注入效率），反而会使其（下降）。

造成发射区重掺杂效应的原因是（发射区禁带变窄）和（俄歇复合增强）。P76

35、在异质结双极晶体管中，发射区的禁带宽度（大）于基区的禁带宽度，从而使异质结双极晶体管的

（注入效率）大于同质结双极晶体管的。P79

36、当晶体管处于放大区时，理想情况下集电极电流随集电结反偏的增加而（不变）。但实际情况下集

电极电流随集电结反偏增加而（增加），这称为（基区宽度调变）效应。P83

37、当集电结反偏增加时，集电结耗尽区宽度会（变宽），使基区宽度（变窄），从而使集电极电流（增

大），这就是基区宽度调变效应（即厄尔利效应）。P83

38、I ES 是指（集电结）短路、（发射）结反偏时的（发射）极电流。

39、I CS 是指（发射结）短路、（集电结）反偏时的（集电）极电流。

41、I CBO 是指（发射）极开路、（集电）结反偏时的（集电）极电流。

41、I CEO 是指（基）极开路、（集电）结反偏时的（集电）极电流。

42、I EBO 是指（集电极）极开路、（发射）结反偏时的（发射）极电流。

43、BV CBO 是指（发射）极开路、（集电）结反偏，当（CBO I ）∞→时的V CB 。

44、BV CEO 是指（基）极开路、（集电）结反偏，当（CEO I ）∞→时的V CE 。

45、BV EBO 是指（集电）极开路、（发射）结反偏，当（EBO I ）∞→时的V EB 。

46、基区穿通是指当集电结反向电压增加到使耗尽区将（基区）全部占据时，集电极电流急剧增大的现

象。防止基区穿通的措施是（增加）基区宽度、（提高）基区掺杂浓度。P90

47、比较各击穿电压的大小时可知，BV CBO （大于）BV CEO ，BV CBO （远大于）BV EBO 。

48、要降低基极电阻bb r '，应当（提高）基区掺杂浓度，（提高）基区宽度。

49、无源基区重掺杂的目的是（为了降低体电阻）。

50、发射极增量电阻r e 的表达式是（E

q KT Γ=e R ）。室温下当发射极电流为1mA 时，r e =（Ω26）。 51、随着信号频率的提高，晶体管的ωα、ωβ的幅度会（下降），相角会（滞后）。

52、在高频下，基区渡越时间b τ对晶体管有三个作用，它们是：（复合损失使小于 1β0* 小于 1）、

（时间延迟使相位滞后）和（渡越时间的分散使|βω*|减小）。

53、基区渡越时间b τ是指（从发射结渡越到集电结所需要的平均时间）。当基区宽度加倍时，基区渡越

时间增大到原来的（2）倍。

54、晶体管的共基极电流放大系数ωα随频率的（增加）而下降。当晶体管的ω

α下降到（20α）时的频率，称为α的截止频率，记为（αf ）。

55、晶体管的共发射极电流放大系数ωβ随频率的（增加）而下降。当晶体管的ωβ下降到02

1β时的频率，称为β的（截止频率），记为（βf ）。

56、当βf f >>时，频率每加倍，晶体管的

ω

β降到原来的（一半）；最大功率增益p max K 降到原来的（四分之一）。 57、当（电流放大系数ω

β）降到1时的频率称为特征频率T f 。当（晶体管最大功率max p ）降到1时

的频率称为最高振荡频率M f 。

58、当ωβ降到（1）时的频率称为特征频率T f 。当p max K 降到（1）时的频率称为最高振荡频率M f 。

59、晶体管的高频优值M 是（功率增益）与（带宽）的乘积。

60、晶体管的高频小信号等效电路与直流小信号等效电路相比，增加了三个元件，它们是（集电结势垒

电容）、（发射结势垒电容）和（发射结扩散电容）。

61、对于频率不是特别高的一般高频管，ec τ中以（b

I ）为主，这时提高特征频率T f 的主要措施是（减小基区宽度）。

62、为了提高晶体管的最高振荡频率M f ，应当使特征频率T f （增大），基极电阻bb r '（降低），集电

结势垒电容TC C （降低）。

63、对高频晶体管结构上的基本要求是：（尺寸小）、（结深浅）、（线条细）和（非工作基区重掺杂）。

64、N 沟道MOSFET 的衬底是（P ）型半导体，源区和漏区是（N ）型半导体，沟道中的载流子是（电

子）。

65、P 沟道MOSFET 的衬底是（N ）型半导体，源区和漏区是（P ）型半导体，沟道中的载流子是（空

穴）。

66、当GS T V V =时，栅下的硅表面发生（强反型），形成连通（源）区和（漏）区的导电沟道，在DS

V 的作用下产生漏极电流。

67、N 沟道MOSFET 中，GS V 越大，则沟道中的电子就越（多），沟道电阻就越（小），漏极电流就越

（大）。

68、在N 沟道MOSFET 中，T 0V >的称为增强型，当GS 0V =时MOSFET 处于（截止）状态；T 0

V <的称为耗尽型，当GS 0V =时MOSFET 处于（导通）状态。

69、由于栅氧化层中通常带（正）电荷，所以（P ）型区比（N ）型区更容易发生反型。

70、要提高N 沟道MOSFET 的阈电压V T ，应使衬底掺杂浓度N A （增大），使栅氧化层厚度T ox （减薄）。

71、N 沟道MOSFET 饱和漏源电压Dsat V 的表达式是（T GS V V -）。当DS Dsat V V ≥时，MOSFET 进入（ 饱

和）区，漏极电流随DS V 的增加而（不变）。

72、由于电子的迁移率n μ比空穴的迁移率p μ（大），所以在其它条件相同时，（N ）沟道MOSFET 的

Dsat I 比（P ）沟道MOSFET 的大。为了使两种MOSFET 的Dsat I 相同，应当使N 沟道MOSFET 的沟道宽度（小于）P 沟道MOSFET 的。

73、当N 沟道MOSFET 的GS T V V <时，MOSFET （不）导电，这称为（增强型）导电。

74、对于MOSFET ，当沟道长度加倍，而其它尺寸、掺杂浓度、偏置条件等都不变时，其下列参数发生

什么变化：T V （减小）、Dsat I （减小）、on R （增大）、m g （减小）。

75、由于源、漏区的掺杂浓度（大）于沟道区的掺杂浓度，所以MOSFET 源、漏PN 结的耗尽区主要向

（衬底）区扩展，使MOSFET 的源、漏穿通问题比双极型晶体管的基区穿通问题（严重）。

76、MOSFET 的跨导g m 的定义是（转移特性曲线的斜率），反映了（栅源电压）对（漏极电流）的控

制能力。

77、为提高跨导g m 的截止角频率m g ω，应当（增大）μ，（ 减小）L ，（增大）V GS 。

78、阈电压T V 的短沟道效应是指，当沟道长度缩短时，T V 变（减小）。

79、在长沟道MOSFET 中，漏极电流的饱和是由于（沟道夹断），而在短沟道MOSFET 中，漏极电流的饱

和则是由于（载流子漂移速度的饱和）。

80、为了避免短沟道效应，可采用按比例缩小法则，当MOSFET 的沟道长度缩短一半时，其沟道宽度应

（增大），栅氧化层厚度应（减小），源、漏区结深应（增大），衬底掺杂浓度应（ 增大）。

二、问答题

1、简要叙述PN 结空间电荷区的形成过程。 在PN 结中,由于自由电子的扩散运动和内电场导致的漂移运动,使PN 结中间的部位(P 区和N 区交界面)产生一个很薄的电荷区

2、什么叫耗尽近似？什么叫中性近似？

空间电荷区的自由载流子已完全扩散掉，即完全耗尽，电离杂质构成空间电荷区内电荷的唯一来源；耗尽区以外区域中的多子浓度仍等于电离杂质浓度，因此这部分区域保持了完全的电中性。

3、什么叫突变结？什么叫单边突变结？什么叫线性缓变结？分别画出上述各种PN 结的

杂质浓度分布图、内建电场分布图和外加正向电压及反向电压时的少子浓度分布图。 当半导体内的杂质从受主杂质突变为施主杂质时，称为突变结。如果一边的掺杂浓度远大于另一边，则p-n 结势垒区主要是在轻掺杂一边，这种突变结即称为单边突变结。在一定条件下，假设冶金结附近的杂质浓度是随距离进行线性变化的，这称为线性缓变结。

4、PN 结势垒区的宽度与哪些因素有关？

掺杂浓度和温度

5、写出PN 结反向饱和电流I 0的表达式，并对影响I 0的各种因素进行讨论。

=J0*A,主要取决于半导体材的种类、掺杂浓度和温度。半导体材料的禁带宽度越大，则反向饱和电流越小，锗的J0最大，硅次之，砷化镓的最小;掺杂浓度越高，J0越小；温度越高，J0越大。

6、PN 结的正向电流由正向扩散电流和势垒区复合电流组成。试分别说明这两种电流随外

加正向电压的增加而变化的规律。当正向电压较小时以什么电流为主？当正向电压较大时以什么电流为主？

7、什么是小注入条件？什么是大注入条件？写出小注入条件和大注入条件下的结定律，

并讨论两种情况下中性区边界上载流子浓度随外加电压的变化规律。

所谓大注入，就是注入到半导体中的非平衡少数载流子浓度p n ?接近或者超过原来的平衡多数载流子浓度0p p （～掺杂浓度）时的一种情况。所谓小注入就是注入的非平衡少数载流子浓度p n ?远小

于原来的平衡多数载流子浓度

0p p （～掺杂浓度）的状态。 8、在工程实际中，一般采用什么方法来计算PN 结的雪崩击穿电压？

9、简要叙述PN 结势垒电容和扩散电容的形成机理及特点。

势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。 扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流），注入P 区的少子（电子）在P 区有浓度差，越靠近PN 结浓度越大，即在P 区有电子的积累。同理，在N 区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容CD 。

10、当把PN 结作为开关使用时，在直流特性和瞬态特性这两方面，PN 结与理想开关相

比有哪些差距？引起PN 结反向恢复过程的主要原因是什么？

11、画出NPN 晶体管在饱和状态、截止状态、放大状态和倒向放大状态时的少子分布图。

画出NPN 晶体管在饱和状态、截止状态、放大状态和倒向放大状态时的能带图。

12、画出共基极放大区晶体管中各种电流的分布图，并说明当输入电流I E 经过晶体管变

成输出电流I C 时，发生了哪两种亏损？

13、倒向晶体管的电流放大系数为什么小于正向晶体管的电流放大系数？

14、提高基区掺杂浓度会对晶体管的各种特性，如 γ、α、β、TE C 、EBO BV 、pt V 、A V 、bb r '