微电子器件与IC设计基础第二版第1章习题
第一章
思考题：
1.1简单解释原子能级和晶体能带之间的联系和区别。
答：在孤立原子中，原子核外面的电子受到这个原子核所带正电荷的作用，按其能量的大小分布在不同的电子轨道上绕核运转。
原子中不同轨道上电子能量的大小
用彼此有一定间隔的横线段组成的
能级图来表示（见图1.1b）。能级的
位置越高，表示该能级上电子的能量
就越大。原子结合成晶体后，一个原
子核外的电子除了受到这个原子核
所带正电荷以及核外电子所带负电
荷的作用以外，还要受到这个原子周
围其它原子所带正负电荷的作用。也
就是说，晶体中的电子是在原子核的
正电荷形成的周期性势场中作如图
1.1（a）中箭头所示的共有化运动。
正因为如此，原来描述孤立原子中电
子能量大小的能级就被分裂成为一
系列彼此相距很近的准连续的能级，
其形状好似一条条反映电子能量大小的带子，故称之为能带，见图1.1（b）。
1.2以硅为例，解释什么是施主杂质和施主能级？什么是受主杂质和受主能级？
答：以硅为例，见图1.2（a），
如果在单晶硅中掺入Ⅴ族元素
的杂质磷（P+），磷原子()P将
取代Ⅳ族的硅(Si)原子的位置
而成为所谓的施主杂质。因为
磷原子外层有五个价电子，它
和周围的四个硅原子形成共价
键后还多出一个电子，这个多
余的电子受到磷原子核的微弱
束缚力而绕着该原子核做一定
半径的圆周运动，它只需要吸
收很小的能量（百分之几个电
子伏特）就能挣脱磷原子核的
束缚而成为可以在整个晶体中
运动的准自由电子，原来的磷
原子则成为了磷离子()+P，称
之为正电中心。从电子能量大小的观点来看，导带底能量E C表示导带中速度为零的电子所
具备的能量，而没有被热（或光）激发、仍然绕磷原子核运转的电子处于束缚态，其能量应低于导带底能量C E 。用能级图来表示，该电子所在的能级应在C E 下方并且非常靠近C E 的地方，一般用短的横线表示。我们称这一能级为施主能级，用D E 表示。又称能够向能带提供施主能级的杂质为施主杂质。
同样，见图1.2(b)。如果在硅()Si 晶体中掺入Ⅲ族元素的杂质硼()B ，硼原子也将取代Ⅳ族的硅原子的位置并与周围的四个硅原子形成共价键。但是硼原子外层只有三个价电子，在形成共价键时还缺少一个电子，必须从周围的共价键上夺取一个电子，使之成为带有一个负电荷的离子()-
B
，称为负电中心。故此，称硼原子为受主杂质。被负电中心束缚的空穴
在电场力的作用下绕着负电中心作圆周运动，这种状态称为空穴束缚态，即一个负电中心束缚着一个空穴，或者说受主能级被空穴占据着。束缚态作为一个系统是电中性的。当束缚态的空穴获得外界能量挣脱负电中心的束缚而成为价带中的自由空穴时，在原来杂质原子所在处就留下一个负电中心，所对应的状态称为离化态。离化后的原子带有一个负电荷。从能量大小考虑，受主能级上空穴的能量应低于价带顶部能级()V E 上空穴的能量。反过来也可以说，受主能级上电子的能量应高于价带顶部能级()V E 上电子的能量，受主能级应位于价带顶V E 的上方，用A E 表示，见图（b ）。
1.3 何谓杂质电离和杂质电离能?
答：杂质电离分为施主电离和受主电离。以硅晶体为例：所谓施主电离，就是指Ⅴ族元素的杂质磷与周围的硅原子形成共价键后，多余的那个电子挣脱磷原子核的束缚成为晶体中自由电子的过程；受主电离则是说Ⅲ族元素的杂质硼与周围的硅原子形成共价键后，空穴挣脱硼原子的束缚成为晶体中的自由空穴的过程。杂质电离所需要的能量则称为杂质电离能。参见图1.2中的说明。
1.4 试从能带的观点谈谈导体、半导体和绝缘体为什么会有导电性能上的差异？ 答：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能导电。半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半
满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。
1.5 何谓少子寿命？何谓扩散长度？二者有何联系？
答：少数载流子从产生到复合整个过程中平均生存的时间称为少子寿命，用τ表示。少数载流子在其寿命期间作扩散运动所走过的平均路程称为扩散长度，用L表示。二者的关系为
τ
D
L=，其中，D是载流子的扩散系数。注意：电子和空穴的扩散长度及少子寿命是有区别的，分别用下标小写字母n和p表示电子和空穴的扩散长度及少子寿命。
1.6 简单解释费米能级和准费米能级，说明它们的主要区别。
答：费米能级是在热平衡条件下用费米分布函数来表示热平衡系统中某一个能级被电子占据几率时所引入的一个能量常数，又称之为热平衡系统的化学势。它不是一个真实的能级，其在能带图中的位置高低表示该半导体是N型半导体还是P型半导体以及半导体中所掺杂质浓度的高低，如图1.4所示。在绝对零度时，费米能级是被电子占据的能级和未被电子占据的能级的分界线。准费米能级是在非平衡状态下专门用费米分布函数来计算导带电子浓度和
价带空穴浓度时引入的参考能级。其中电子的准费米能级用
FN
E表示，空穴的准费米能级
用
FP
E表示。一般情况下
FP
FN
E
E≠，只有在系统达到热平衡态时才有
FP
FN
E
E=。
习题
1.1计算施主浓度分别为16
10、18
10、3
19
10-
cm的硅在K
300时的费米能级（以本征费米能级作为参考能级），对掺杂浓度相同的受主杂质进行同样的计算。
解：对施主浓度分别为16
10、18
10、3
19
10-
cm的硅在K
300时的费米能级为
()()
()
()
?
?
?
?
?
=
=
=
=
?
=
=
-
-
-
-
3
19
3
18
3
16
10
10
528
.0
10
468
.0
10
349
.0
10
5.1
ln
026
.0
ln
cm
N
cm
N
eV
cm
N
eV
N
n
N
kT
E
E
D
D
D
D
i
D
i
F
对掺杂浓度相同的受主费米能级为
()()
()
()
?
?
?
?
?
=
=
=
=
?
=
=
-
-
-
-
3
19
3
18
3
16
10
10
528
.0
10
468
.0
10
349
.0
10
5.1
ln
026
.0
ln
cm
N
cm
N
eV
cm
N
eV
N
n
N
kT
E
E
D
D
D
A
i
A
F
i
1.2计算施主掺杂浓度3
15
10
9-
?
=cm
N
D
及受主掺杂浓度3
16
10
1.1-
?
=cm
N
A
的硅在室温
下的电子浓度和空穴浓度以及费米能级的位置。
解：由已知条件????=?=--3
163
15101.1109cm
N cm N A D ，可以判断A D N N <，该半导体为P 型半导体。 其电子浓度，即多子浓度为3
150102-?=-=cm N N p D A
其空穴浓度，即少子浓度为()()35152
10020101.110
2105.1-?=??==cm p n n i 其费米能级的位置为
()eV n p kT E E i F i 307.010
5.1102ln 02
6.0ln 10
15
0=??==-
1.3 室温下锗的本征电阻率为cm ?Ω47，如果电子和空穴的迁移率分别为S
V cm ?2
3900和S V cm ?2
1900，试求本征锗的载流子浓度。 解：根据本征电阻率的计算公式()p
n
i
i q n μμ
ρ+=
1
可以得到本征载流子浓度为
()
()
()
31319
1029.219003900106.1471
1
--?=+???=
+=
cm q n p n i i μμρ
1.4 设电子和空穴的迁移率分别为S V cm ?2
1350和S V cm ?2
500，试计算本征硅在
K 300下的电导率。当掺入百万分之一的砷后，设杂质全部电离，计算其电导率，并将
其与本征硅的电导率进行比较。 解：本征硅的电导率为
()()()1619101044.45001350106.1105.1--?Ω?=+????=+=cm q n p n i i μμσ
已知硅的原子密度是3
22105-?cm ，掺入百万分之一的砷后，该半导体为N 型半导体，施主杂质浓度为()
3166
22
10510
105--?=??=cm N D
电子浓度为()
3
160105-?==cm N n D ，忽略少子浓度0p ，电导率为
()cm s q n n 8.101350106.1105191600=????==-μσ
1.5 某Si P -样品的电阻率为cm ?Ω20试计算室温下的多数载流子浓度和少数载流子浓
度。（利用图1.4.8） 解：在Si P -样品中，空穴是多子，电子是少子，设多子浓度为0p ，少子浓度为0n 。利用
图1.4.8可以由cm ?Ω=20ρ查得多子浓度3
140108-?==cm N p A 。
少数载流子浓度为()()35142
1020108.210
8105.1-?=??==cm N n n A i
1.6 掺硼316101.1-?cm 和磷3
15109-?cm 的硅样品，计算室温下多子浓度和少子浓度。如果
电子迁移率s v cm n ?=2
1000μ，空穴迁移率s v cm p ?=2360μ，求电阻率。
解：已知316101.1-?=cm N A 、3
15109-?=cm N D ，可以计算多子浓度
3150102-?=-=cm N N p D A
少子浓度()()35152
1002010125.110
2105.1-?=??==cm p n n i 电阻率
()cm q p p ?Ω=????==
-68.8360
106.11021119
150μρ
1.7 473K 时硅的314102-?=cm n i 、s v cm n ?=2450μ、s v cm p ?=2
130μ，求本征硅
的电阻率i ρ。 解：电导率()()()cm s q
n p n
i i 01856.0130450106.11021914=+????=+=-μμ
σ
电阻率cm i ?Ω==87.531σρ
1.8 施主浓度分别为31410-cm 和3
1710-cm 的两个硅样品，设杂质全部电离，分别计算：①
室温时的电导率；②200℃时的电导率。
解：迁移率查图1.4.6, 由上题知200℃时的本征载流子浓度3
14102-?=cm n i 。 ①室温下硅的本征载流子浓度3
10105.1-?=cm n i
当3
1410-=cm N D 时()cm s q N n D 0216.01350106.1101914=???==-μσ 当3
1710-=cm N D 时()cm s q N n D 2.11700106.1101917=???==-μσ ②200℃时 3
14102-?=cm n i
当3
1410-=cm N D 时查图1.4.6得s v cm n ?=2450μ、s v cm p ?=2130μ，
利用2
00i n p n =、00p N n D +=可得一元二次方程02
020=-+i D n p N p
其解为()()()3142
142
141422
01056.12
1024101024-?=??++-=++-=cm n N N p i D D
()
3
141414001056.21056.110-?=?+=+=cm p N n D
200℃时电导率为
()
()()
cm s p n q q p q n p n p n 0217.01301056.14501056.210
6.114
14
19
0000=??+????=+=+=-μμμμσ
当3
17
10-=cm
N D 时，314102-?=>cm n N i D ，查图得s v cm n ?=2
370μ、
s v cm p ?=2130μ，经过同样的计算可得3110104-?=cm p 、317010-=cm n 、
cm s 92.5=σ。
1.9 在一Ge N -样品中，过剩载流子浓度为3
14
10-cm ，空穴寿命100s μ，计算该样品中空
穴的复合率。 解：复合率为??
? ???=?=?=-3186141101010010cm s p
U p
τ
1.10 某半导体材料的少子寿命s μτ20=，光照产生了非平衡载流子，试求光照突然停止
10s μ后，非平衡载流子将衰减到原来的百分之几？
解：设光照达到稳态时非平衡载流子浓度为()0p ?，光照停止后t 时刻非平衡载流子浓度为
()t p ?，则有
()()()()
6065.0002010
===????=?---e e p t p e
p t p p p
t
t τ
τ
所以光照突然停止10s μ后，非平衡载流子将衰减到原来的60.65%.
1.11 施主浓度3
1610-=cm N D 的N-Si 中，光注入非平衡载流子浓度3
1410-=?=?cm p n ，
计算无光照和有光照时的电导率。已知s v cm n ?=21100μ、s cm p ?=2
400μ。
解：无光照时()s q n n 76.11100106.11019
1600=???==-μσ
有光照时
()()
()
cm s pq q n n p n 78.140010
6.110110010
6.11010
19
1419
14
16
0=???+???+=
?+?+=--μμσ
1.12 示意画出P 型半导体在光照（小注入）前后的能带图，并标出原来的费米能级和光照
下的准费米能级。
解：P 型半导体在光照（小注入）前后的能带图如下：
1.13 一块电阻率为cm ?Ω3的Si N -样品，空穴的寿命为s p μτ5=，在其平面型的表面处
有稳定的空穴注入，过甚空穴浓度为()3
14
100-=?cm p ，计算从这个表面扩散进入半导
体内部的空穴电流密度。在离表面多远处过剩空穴浓度衰减到3
1210-cm 。
解：如图1.6所示：半导体表面注入的少数载流子为空穴，其浓度为()3
14
100-=?cm p ，
而在体内的热平衡少数载流子浓度为P no ，它们之间存在着一个浓度差值。在浓度梯度的驱使下，由表面注入的空穴从表面向着半导体内部作扩散运动，它们一边扩散，一边复合，其浓度分布曲线从表面到体内作指数衰减。在距离表面一个扩散长度的距离以后，少数载流子浓度应该与体内的热平衡少数载流子浓度P no 基本上一致。 对于N 型半导体来说，在热平衡条件下，
其多数载流子浓度应该就等于该半导体中所掺杂质的浓度，于是可以得到
()
3
1519
01054.11350
106.1311--?=???==
=cm q N n n D μρ D i N n <
()()3515
2
10201046.110
54.1105.1-?=??==∴cm N n p D i ()cm q
kT
D L p p P P P 3610389.7105420026.0--?=???==
=τμτ 表面空穴注入形成的电流密度为
()()
()
23
14190
00236.010389.710420026.0106.1010cm
A L p qD L e p qD dx p d qD J P
P x P L x
P x P P =?????=?-
=???
?
??-?=?=--=-=
由公式()()P
L x e
p x p -?=?0可以得出
()()m cm L p L x P P μ340034.010
10ln 10389.70ln 12143
==?=?=-
即在离表面m μ340处过剩空穴浓度衰减到3
12
10-cm 。
电子技术基础课程设计题目
《电子技术基础》课程设计题目 一、脚步声控制照明灯 要求：1.白天光线较强，照明灯不会点亮； 2.晚上又脚步声照明灯被点亮，脚步声小时后灯亮延时十秒再自动熄灭； 3.元件：功率集成电路家分立元件; 二、报警声响发生器 要求：1.能发出消防车报警，救护车报警灯的报警声; 2.输出功率≥1W 要求：1.当池中水位低于设定点时水泵自动抽水；； 3.元件：NE555时基电路加分立元件； 三、水位控制器 2.当水位到达设定点时水泵自动停止； 3.元件：NE555电路加分立元件； 4.说明：水泵工作可用灯泡亮灭进行模拟； 四、金属探测器； 要求：1.能探测木材中≥5mm深处的残留铁钉； 2.当探测到金属物时能用声或光报警； 3.元件：与非们加分立元件，探头可用带铁芯线圈自制； 五、循环灯 要求：1.有四路输出，单循环； 2.能带动6V小灯泡四只； 3.元件：J-K触发器、555时基电路、分立元件； 六、数字水位探测器 要求：1.能测出水位的高度，精度韦1/16； 2.能输出数字形式（即二进制）； 3.能以模拟电压输出； 七、直流电压升压器 要求：1.输入电压30V；输出电压45V； 2.输出电流能达到0.5A； 八、上下课铃声识别系统 要求：1.设计一个开关电路仅对学校的上课、下课铃声敏感； 2.铃声来时输出高电平； 3.能识别出上课铃声和下课铃声； 九、厕所冲水控制器 要求：1.能识别有无人进出厕所； 2.当进出人数每达6人次时，电路输出一个脉冲； 十、步进电机及启动电路 要求：1.利用数电知识设计一个步进电机驱动电路； 2.能由两根线的输入电平组合使电机能向前进、后退、保持； 十一．教室用电节能控制电路
微电子器件_刘刚前三章课后答案
课后习题答案 1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学 中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。因此，经典物理无法准确描述电子的状态。 在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢建立联系的，即 c h p h E ====υω υ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢。 1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？ 解：波函数ψ是空间和时间的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以()()()t r t r t r ,,,2 ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体积元z y x ???中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ???2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。 解：如图1.3所示，从能带的观点 来看，半导体和绝缘体都存在着禁 带，绝缘体因其禁带宽度较大 (6~7eV)，室温下本征激发的载流子 近乎为零，所以绝缘体室温下不能 导电。半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。 1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？ 解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002 式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。 1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？
微电子器件__刘刚前三章课后答案.
课后习题答案 1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学 中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。因此，经典物理无法准确描述电子的状态。 在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢k 建立联系的，即 k n c h p h E ====υ ω υ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢k 。 1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？ 解：波函数ψ是空间和时间的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以 ()()()t r t r t r ,,,2 ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体 积元z y x ???中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ???2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。 解：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不 能导电。半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。 1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？ 解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002 式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。 1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？
微电子器件设计
微电子器件设计作业—MOSFET 考虑一个理想N沟和P沟MOSFET互补对，要将其设计为偏置相同时的I—V曲线也相同。器件有相同的氧化层厚度t ox=25nm，相同的沟道长度L=2μm，假设二氧化硅层是理想的。N沟器件的沟道宽度为W=20μm，μn=600cm2/Vs，μp=220 cm2/Vs，且保持不变。（a）确定p型和n型衬底掺杂浓度。（b）阈值电压是多少？（c）p沟器件的沟道宽度是多少？ 设计方案 一、分析 但实际工业生产中，NMOS和PMOS均做在同一晶片上，即共用同一衬底。在互补MOS技术中，同时用到了NMOS和PMOS，而PMOS器件的实现可以通过将所有的掺杂类型取反。 对于本设计来说： 互补对：指NMOS和PMOS特性的绝对值相等； 偏置相同：指二者所加偏压的绝对值相同，当所加偏置电压相同时I—V、ID—VDS 和ID—VGS曲线都分别相同。也即是两个MOS 管的阈值电压和偏置相同时的跨导gm均相等。 迁移率：由于实际中的有效迁移率受诸多因素（栅电压、衬底浓度不均匀等）的影响,如果要精确确定器件的特性,需要大量的误差计算,以及结合实际实验和设备的有关测量进行准确设计。因此在本设计中，迁移率视为恒定的有效迁移率,。同时，忽略温度的影响, 掺杂
浓度对载流子有散射作用。在MOS 管的反型层中，当表面感生电荷密度小于10e12cm -2时，电子和空穴的有效迁移率均是常数，为半导体内迁移率的一半。 模型：因为N 沟和P 沟MOSFET 沟道长度相等，均为L=2μm,属于长沟道器件，该设计整体选定长沟道MOS 器件模型。 二、 确定各参数 1、确定p 型和n 型衬底掺杂浓度 （1）、计算P 型衬底掺杂浓度 衬底浓度时采用半导体载流子扩散模型。根据要求，形成反型层 后电子迁移率μn =600cm 2 /Vs 。由于在MOS 管的反型层中，表面感生 电荷密度小于10e12cm -2时，电子和空穴的有效迁移率是常数，为半 导体内迁移率的一半，则半导体内电子迁移率μn =1200cm 2/Vs 。 利用半导体载流子扩散模型： 2 160.9 1180232cm /Vs 1（Na/810 ） n μ=+ +? （2.115） 可以计算出：P 型衬底浓度为Nap=1.48×1016 / cm 3 （2）、计算N 型衬底掺杂浓度 形成反型层后的空穴迁移率μp =220 cm 2/Vs,半导体内迁移率那么就为μp =440 cm 2/Vs. 利用半导体载流子扩散模型： 2 p 17 1.25 370130cm /Vs 1（d/810 ） N μ=+ +? （2.116）
电子技术课程设计的基本方法和步骤模板
电子技术课程设计的基本方法和步骤
电子技术课程设计的基本方法和步骤 一、明确电子系统的设计任务 对系统的设计任务进行具体分析, 充分了解系统的性能、指标及要求, 明确系统应完成的任务。 二、总体方案的设计与选择 1、查阅文献, 根据掌握的资料和已有条件, 完成方案原理的构想; 2、提出多种原理方案 3、原理方案的比较、选择与确定 4、将系统任务的分解成若干个单元电路, 并画出整机原理框图, 完成系统的功能设计。 三、单元电路的设计、参数计算与器件选择 1、单元电路设计 每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务, 详细拟订出单元电路的性能指标, 与前后级之间的关系, 分析电路的组成形式。具体设计时, 能够模拟成熟的先进电路, 也能够进行创新和改进, 但都必须保证性能要求。而且, 不但单元电路本身要求设计合理, 各单元电路间也要相互配合, 注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号的关系。 2、参数计算 为保证单元电路达到功能指标要求, 就需要用电子技术知识对参数进行计算, 例如放大电路中各电阻值、放大倍数、振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。只有很好地理解电路的工作原理, 正确利用计算公式, 计算的参数才能满足设计要求。 参数计算时, 同一个电路可能有几组数据, 注意选择一组能完成
电路设计功能、在实践中能真正可行的参数。 计算电路参数时应注意下列问题: （1）元器件的工作电流、电压、频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求。 （2）元器件的极限必须留有足够的裕量, 一般应大于额定值的 1.5倍。 （3）电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。 3、器件选择 ( 1) 阻容元件的选择 电阻和电容种类很多, 正确选择电阻和电容是很重要的。不同的电路对电阻和电容性能要求也不同, 有些电路对电容的漏电要求很严, 还有些电路对电阻、电容的性能和容量要求很高, 例如滤波电路中常见大容量( 100~3000uF) 铝电解电容, 为滤掉高频一般还需并联小容量( 0.01~0.1uF) 瓷片电容。设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件, 并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。 ( 2) 分立元件的选择 分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二极管、晶闸管等。根据其用途分别进行选择。选择的器件类型不同, 注意事项也不同。 ( 3) 集成电路的选择 由于集成电路能够实现很多单元电路甚至整机电路的功能, 因此选用集成电路设计单元电路和总体电路既方便又灵活, 它不但使系统体积缩小, 而且性能可靠, 便于调试及运用, 在设计电路时颇受欢迎。选用的集成电路不但要在功能和特性上实现设计方案, 而且要满足功耗、电压、速度、价格等方面要求。 4、注意单元电路之间的级联设计, 单元电路之间电气性能的 相互匹配问题, 信号的耦合方式
微电子器件与IC设计基础第二版第1章习题
第一章 思考题： 1.1简单解释原子能级和晶体能带之间的联系和区别。 答：在孤立原子中，原子核外面的电子受到这个原子核所带正电荷的作用，按其能量的大小分布在不同的电子轨道上绕核运转。 原子中不同轨道上电子能量的大小 用彼此有一定间隔的横线段组成的 能级图来表示（见图1.1b）。能级的 位置越高，表示该能级上电子的能量 就越大。原子结合成晶体后，一个原 子核外的电子除了受到这个原子核 所带正电荷以及核外电子所带负电 荷的作用以外，还要受到这个原子周 围其它原子所带正负电荷的作用。也 就是说，晶体中的电子是在原子核的 正电荷形成的周期性势场中作如图 1.1（a）中箭头所示的共有化运动。 正因为如此，原来描述孤立原子中电 子能量大小的能级就被分裂成为一 系列彼此相距很近的准连续的能级， 其形状好似一条条反映电子能量大小的带子，故称之为能带，见图1.1（b）。 1.2以硅为例，解释什么是施主杂质和施主能级？什么是受主杂质和受主能级？ 答：以硅为例，见图1.2（a）， 如果在单晶硅中掺入Ⅴ族元素 的杂质磷（P+），磷原子()P将 取代Ⅳ族的硅(Si)原子的位置 而成为所谓的施主杂质。因为 磷原子外层有五个价电子，它 和周围的四个硅原子形成共价 键后还多出一个电子，这个多 余的电子受到磷原子核的微弱 束缚力而绕着该原子核做一定 半径的圆周运动，它只需要吸 收很小的能量（百分之几个电 子伏特）就能挣脱磷原子核的 束缚而成为可以在整个晶体中 运动的准自由电子，原来的磷 原子则成为了磷离子()+P，称 之为正电中心。从电子能量大小的观点来看，导带底能量E C表示导带中速度为零的电子所
电子技术课程设计报告
电子技术课程设计报告 班级： 姓名： 学号： 指导教师：
目录 一、设计目的 二、设计要求 三、设计框图及整机概述 四、各单元电路的设计及仿真 1、检测电路 2、放大电路 3、滤波电路 4、整形电路 5、定时电路 6、计数、译码、显示电路 五、电路装配、调试与结果分析 六、设计、装配及调试中的体会 七、附录（包括整机逻辑电路图和元 器件清单） 八、参考文献 一、设计目的
巩固和加深在"模拟电子技术基础"和"数字电子技术基础"课程中所学的理论知识和实训技能,基本掌握常用电子电路的一般设计方法,并通过这一实训课程,能让学生对电子产品设计的过程有一个初步的了解，使学生掌握常用模拟、数字集成电路（运算放大器、非门、555定时器、计数器、译码器等）的应用。 二、设计要求 掌握整机电路组成及工作原理,并能运用所学过的电路知识分析、解决电路制作过程中所遇到的问题。 三、设计框图及整机概述 图1 红外线心率计的原理框图 红外线心率计就是通过红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动，由计数器计算出每分钟波动的次数。但手指中的毛细血管的波动是很微弱的，因此需要一个高放大倍数且低噪声的放大器，这是红外线心率计的设计关键所在。整机电路由放大电路、整形电路、滤波电路、3位计数器电路，译码、驱动、显示电路等几部分组成。 四、各单元电路的设计及仿真 1、检测电路 血液波动检测电路首先通过红外光电传感器把血液中波动的成分检测出来，然后通过电容器耦合到放大器的输入端。如图4所示。 图4 血液波动检测电路 2.放大电路
3、滤波电路
由三脚输入信号，六脚输出信号 4、整形电路
微电子器件原理总结
三种管子的工作原理、符号、结构、电流电压方程、电导、跨导、频率 然后还有集边效应，二次击穿 双极型晶体管： 发射极电流集边效应： （1）定义：由于p-n 结电流与结电压的指数关系，发射结偏压越高，发射极边缘处的电流较中间部位的电流越大 （2）原因：基区体电阻的存在引起横向压降所造成的 （3）影响：增大了发射结边缘处的电流密度，使之更容易产生大注入效应或有效基区扩展效应，同时使发射结面积不能充分利用 （4）限制：限制发射区宽度，定义发射极中心到边缘处的横向压降为kT /q 时所对应的发射极条宽为发射极有效宽度，记为2S eff 。S eff 称为有效半宽度。 发射极有效长度 ： （1）定义：沿极条长度方向，电极端部至根部之间压降为kT/q 时所对应的发射极长度称为发射极有效长度 （2）作用：类似于基极电阻自偏压效应，但沿Z 方向，作用在结的发射区侧 二次击穿和安全工作区： （1）现象：当晶体管集电结反偏增加到一定值时，发生雪崩击穿，电流急剧上升。当集电结反偏继续升高，电流I c 增大到某—值后,cb 结上压降突然降低而I c 却继续上升，即出现负阻效应。 （2）分类： 基极正偏二次击穿（I b >0）、零偏二次击穿和（I b =0）、反偏二次击穿（I b <0）。 （3）过程：①在击穿或转折电压下产生电流不稳定性； ②从高电压区转至低电压区，即结上电压崩落，该击穿点的电阻急剧下降； ③低压大电流范围：此时半导体处于高温下，击穿点附近的半导体是本征型的； ④电流继续增大，击穿点熔化，造成永久性损坏。 （4）指标：在二次击穿触发时间t d 时间内，消耗在晶体管中的能量 ?=d t SB IVdt E 0 称为二次击穿触发能量（二次击 穿耐量）。晶体管的E SB （二次击穿触发功率P SB )越大，其抗二次击穿能力越强。 （5）改善措施： 1、电流集中二次击穿 ①由于晶体管内部出现电流局部集中，形成“过热点”，导致该处发生局部热击穿。
微电子器件基础题13页word文档
“微电子器件”课程复习题 一、填空题 1、若某突变PN 结的P 型区的掺杂浓度为163 A 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（ ）和（ ）。 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。 3、当采用耗尽近似时，N 型耗尽区中的泊松方程为（ ）。由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（ ）。 4、PN 结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（短），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），势垒 电容C T 就越（ ），雪崩击穿电压就越（低）。 5、硅突变结内建电势V bi 可表为（ ），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（变宽），势垒区的势垒 高度会（增高）。 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（ ）。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（ ）。 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（高）；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（低）。 10、PN 结的正向电流由（空穴扩散Jdp ）电流、（电子扩散电流Jdn ）电流和（势垒区复合电流Jr ）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（ ）。 13、PN 结扩散电流的表达式为（ ）。这个表达式在正 向电压下可简化为（ ），在反向电压下可简化为（ ）。 14、在PN 结的正向电流中，当电压较低时，以（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（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）。
电子技术课程设计题目
电子技术课程设计 一、课程设计目的： 1．电子技术课程设计是机电专业学生一个重要实践环节，主要让学生通过自己设计并制作一个实用电子产品，巩固加深并运用在“模拟电子技术”课程中所学的理论知识； 2．经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、答辩等，加强在电子技术方面解决实际问题的能力，基本掌握常用模拟电子线路的一般设计方法、设计步骤和设计工具，提高模拟电子线路的设计、制作、调试和测试能力； 3．课程设计是为理论联系实际，培养学生动手能力，提高和培养创新能力，通过熟悉并学会选用电子元器件，为后续课程的学习、毕业设计、毕业后从事生产和科研工作打下基础。 二、课程设计收获： 1.学习电路的基本设计方法；加深对课堂知识的理解和应用。 2.完成指定的设计任务，理论联系实际，实现书本知识到工程实践的过渡； 3.学会设计报告的撰写方法。 三、课程设计教学方式： 以学生独立设计为主，教师指导为辅。 四、课程设计一般方法 1. 淡化分立电路设计，强调集成电路的应用 一个实用的电子系统通常是由多个单元电路组成的，在进行电子系统设计时，既要考虑总体电路的设计，同时还要考虑各个单元电路的选择、设计以及它们之间的相互连接。由于各种通用、专用的模拟、数字集成电路的出现，所以实现一个电子系统时，根据电子系统框图，多数情况下只有少量的电子电路的参数计算，更多的是系统框图中各部分电子电路要正确采用集成电路芯片来实现。
2. 电子系统内容步骤： 总体方案框图---单元电路设计与参数计算---电子元件选择---单元电路之间连接---电路搭接调试---电路修改---绘制总体电路---撰写设计报告(课程设计说明书) （1）总体方案框图： 反映设计电路要求，按一定信息流向，由单元电路组成的合理框图。 比如一个函数发生器电路的框图： （2）单元电路设计与参数计算---电子元件选择： ●基本模拟单元电路有：稳压电源电路，信号放大电路，信号产生电路，信号处理电 路（电压比较器，积分电路，微分电路，滤波电路等），集成功放电路等。 ●基本数字单元电路有：脉冲波形产生与整形电路（包括振荡器，单稳态触发器，施 密特触发器），编码器，译码器，数据选择器，数据比较器，计数器，寄存器，存储器等。
832微电子器件考试大纲详细
考试科目832微电子器件考试形式笔试（闭卷） 考试时间180分钟考试总分150分 一、总体要求 主要考察学生掌握“微电子器件”的基本知识、基本理论的情况，以及用这些基本知识和基本理论分析问题和解决问题的能力。 二、内容 1．半导体器件基本方程 1）半导体器件基本方程的物理意义 2）一维形式的半导体器件基本方程 3）基本方程的主要简化形式 2．PN结 1）突变结与线性缓变结的定义 2）PN结空间电荷区的形成
4）耗尽区宽度、内建电场与内建电势的计算5）正向及反向电压下PN结中的载流子运动情况6）PN结的能带图 7）PN结的少子分布图 8) PN结的直流伏安特性 9）PN结反向饱和电流的计算及影响因素 10）薄基区二极管的特点
11）大注入效应 12）PN结雪崩击穿的机理、雪崩击穿电压的计算及影响因素、齐纳击穿的机理及特点、热击穿的机理13）PN结势垒电容与扩散电容的定义、计算与特点 14）PN结的交流小信号参数与等效电路 15）PN结的开关特性与少子存储效应
2）基区输运系数与发射结注入效率的定义及计算 3）共基极与共发射极直流电流放大系数的定义及计算 4）基区渡越时间的概念及计算 5）缓变基区晶体管的特点 6）小电流时电流放大系数的下降 7）发射区重掺杂效应 8）晶体管的直流电流电压方程、晶体管的直流输出特性曲线图
9）基区宽度调变效应 10）晶体管各种反向电流的定义与测量 11）晶体管各种击穿电压的定义与测量、基区穿通效应12）方块电阻的概念及计算
13）晶体管的小信号参数 14）晶体管的电流放大系数与频率的关系、组成晶体管信号延迟时间的四个主要时间常数、高频晶体管特征频率的定义、计算与测量、影响特征频率的主要因素
微电子器件 课程基本要求
微电子器件 钟智勇 办公室：<微电子楼>217室 电话：83201440 E mail: zzy@https://www.360docs.net/doc/2a2887789.html, -mail:zzy@uestc edu cn 8:00--10:00 周二晚上8:00 答疑时间：周二晚上 答疑时间：
教材与参考书 1、教材与参考书 教材： 教材 微电子器件（第3版），陈星弼，张庆中，2011年 参考书 参考书： 1.半导体器件基础，B.L.Anderson, R.L.Anderson, 清华大学出版社，2008年 2.半导体器件基础，Robert F. Pierret, 电子工业出版社，2004年 2半导体器件基础Robert F Pierret电子工业出版社 3.集成电路器件电子学（第三版），Richard S. Muller,电子工业出版社， 2004年 4.半导体器件物理与工艺（第二版），施敏，苏州大学出版社，2002年 5.半导体物理与器件（第三版），Donald A. Neamen, 清华大学出版社， 2003年 6. Physics of Semiconductor Devices( 3th Edition), S M Sze, Wiley- Interscience, 2007
2、学时、成绩构成与考核 总学时数：72学时 其中课堂讲授：60学时，实验：12 学时 成绩构成： 70分期中考试：分平时：10分实验：10 期末考试：70 分、期中考试：10分、平时：10 分、实验：10 分考试形式：闭卷考试
3、课程要求 1、网上只公布教材的标准课件与参阅资料，请做好笔记！ 网址：网络学堂：http://222.197.183.243/wlxt/course.aspx?courseid=0311下载密码i 下载密码：micro 2、请带计算器与作业本上课！ 请带计算器与作业本上课！ 3、鼓励学生学习，以下情况加分（最高加分为5分）： 鼓励学生学习以下情况加分（最高加分为 3.1 完成调研作业并在期末做presentation(ppt)者 3.2 在黑板上完成课堂练习者 3.3 指出教材错误及对教学/教材提出建设性意见者
微电子器件实验5模版 联合仿真 nmos
南京邮电大学 课内实验报告 课程名：微电子器件设计 任课教师： 专业：微电子学 学号： 姓名： 2014/2015学年第2学期 南京邮电大学电子科学与工程学院
《微电子器件设计》课程实验第 5 次实验报告 实验内容及基本要求： 实验项目名称：MOS晶体管的工艺器件联合仿真 实验类型：验证 每组人数：1 实验内容及要求： 内容：采用Tsuprem4仿真软件对MOS晶体管进行工艺仿真，并采用MEDICI仿真软件对该MOS晶体管进行器件仿真。 要求：能够将工艺仿真软件得到的器件数据输出到某个文件中，并能在器件仿真中调用该文件。会画出并分析器件仿真结果。 实验考核办法： 实验结束要求写出实验报告。内容如下： 1、问题的分析与解答； 2、结果分析，比较不同器件结构参数对仿真结果的影响； 3、器件设计的进一步思考。 实验结果：（附后） 实验代码如下： COMMENT Example 9B - TSUPREM-4/MEDICI Interface COMMENT TSUPREM-4 Input File OPTION DEVICE=PS COMMENT Specify the mesh LINE X LOCATION=0 SPACING=0.20 LINE X LOCATION=0.9 SPACING=0.06 LINE X LOCATION=1.8 SPACING=0.2 LINE Y LOCATION=0 SPACING=0.01 LINE Y LOCATION=0.1 SPACING=0.01 LINE Y LOCATION=0.5 SPACING=0.10
LINE Y LOCATION=1.5 SPACING=0.2 LINE Y LOCATION=3.0 SPACING=1.0 ELIMIN ROWS X.MIN=0.0 X.MAX=0.7 Y.MIN=0.0 Y.MAX=0.15 ELIMIN ROWS X.MIN=0.0 X.MAX=0.7 Y.MIN=0.06 Y.MAX=0.20 ELIMIN COL X.MIN=0.8 Y.MIN=1.0 COMMENT Initialize and plot mesh structure INITIALIZ <100> BORON=1E15 SELECT TITLE=”TSUPREM-4: Initial Mesh” PLOT.2D GRID COMMENT Initial oxide DEPOSIT OXIDE THICKNESS=0.03 COMMENT Models selection. For this simple example, the OED COMMENT model is not turned on (to reduce CPU time) METHOD VERTICAL COMMENT P-well implant IMPLANT BORON DOSE=3E13 ENERGY=45 COMMENT P-well drive DIFFUSE TEMP=1100 TIME=500 DRYO2 PRESS=0.02 ETCH OXIDE ALL COMMENT Pad oxidation DIFFUSE TEMP=900 TIME=20 DRYO2 COMMENT Pad nitride DEPOSIT NITRIDE THICKNESS=0.1 COMMENT Field oxidation DIFFUSE TEMP=1000 TIME=360 WETO2 ETCH NITRIDE ALL COMMENT Vt adjust implant IMPLANT BORON ENERGY=40 DOSE=1E12 ETCH OXIDE ALL COMMENT Gate oxidation DIFFUSE TEMP=900 TIME=35 DRYO2 DEPOSIT POLYSILICON THICKNESS=0.3 DIVISIONS=4 COMMENT Poly and oxide etch ETCH POLY LEFT P1.X=0.8 P1.Y=-0.5 P2.X=0.8 P2.Y=0.5 ETCH OXIDE LEFT P1.X=0.8 P1.Y=-0.5 P2.X=0.8 P2.Y=0.5 DEPOSIT OXIDE THICKNESS=0.02 COMMENT LDD implant IMPLANT PHOS ENERGY=50 DOSE=5E13 COMMENT LTO DEPOSIT OXIDE THICK=0.2 DIVISIONS=10 COMMENT Spacer etch ETCH OXIDE DRY THICK=0.22 COMMENT S/D implant IMPLANT ARSENIC ENERGY=100
电子技术课程设计题
电子技术课程设计题 1 音频小信号功率放大电路设计 设计并制作音频小信号功率放大电路。具体要求如下： （１）放大倍数A V≥1000； （２）通频带100Hz~10KHz； （３）放大电路的输入电阻R I≥1MΩ; （４）在负载电阻为8Ω的情况下，输出功率≥2W； （５）功率放大电路效率大于50%； （６）输出信号无明显失真。 说明：设计方案和器件根据题目要求自行选择，但要求在通用器件范围内。不能选用集成音频功放。 测试条件：技术指标在输入正弦波信号峰值Vp=10mV的条件进行测试（输入电阻通过设计方案预以保证），设计报告中应有含有详细的测试数据说明设计结果。 参考元器件：NE5532、TL082或TL084，3DG6/3DG21，3AX83/3BX83，1N4148/1N4001，TIP41/42中功率管或2N3055大功率管等。 主要测试设备：直流电源，信号源，示波器和8Ω功率电阻。 2 数控直流电源的设计 设计一线性输出电压可调的直流电源。电源有电压增（UP）和电压减（DOWN）两个键，按UP时电压步进增加，按DOWN时电压步进减小。具体要求如下：（１）输出电压5~12V，步进为1V； （２）输出电压误差最大±0.1V； （３）输出电流不小于1A； 测试条件：分别测试输出为5V、6V、7V、。。。、12V的输出电压。输出电流通过设计预以保证。 发挥部分：用LED或数码管显示电压设定值； 参考元器件：74LS192,74HC138,三极管S8050/S8550，LM317，CD4511等。 3 数控直流稳压电源设计 设计一个数控直流稳压电源。具体要求如下： （1）输出电压：0~9.9V步进可调，调整步距0.1V； （2）输出电压值用LED数码管显示； （3）电压调整：由“+”、“-”两键分别控制输出电压的步进增减； 提示：（1）用可逆计数器和D/A实现电压预置和电压步进控制； （2）用线性电源实现可控电源； 发挥部分：输出电压可在0~9.9V范围任意预置。 参考元器件：74HC190，DAC0832，三极管S8050/8550，3DD15等。 4 DDS信号源的设计(A) 设计一个简单的DDS正弦波信号发生器，有频率增（UP）和频率减（DOWN）两个键，按UP时频率步进增加，按DOWN时频率频率步进减小。具体要求如下：（１）输出信号的频率范围为10Hz~1000Hz，步进为10Hz。 （２）要求输出信号无明显失真。
电子科技大学《微电子器件》课程重点与难点
重点与难点 第1章半导体器件基本方程 一般来说要从原始形式的半导体器件基本方程出发来求解析解是极其困难的，通常需要先对方程在一定的具体条件下采用某些假设来加以简化，然后再来求其近似解。随着半导体器件的尺寸不断缩小，建立新解析模型的工作也越来越困难，一些假设受到了更大的限制并变得更为复杂。简化的原则是既要使计算变得容易，又要能保证达到足够的精确度。如果把计算的容易度与精确度的乘积作为优值的话，那么从某种意义上来说，对半导体器件的分析问题，就是不断地寻找具有更高优值的简化方法。要向学生反复解释，任何方法都是近似的，关键是看其精确程度和难易程度。此外，有些近似方法在某些条件下能够采用，但在另外的条件下就不能采用，这会在后面的内容中具体体现出来。 第2章PN结 第2.1节PN结的平衡状态 本节的重点是PN结空间电荷区的形成、内建电势的推导与计算、耗尽区宽度的推导与计算。 本节的难点是对耗尽近似的理解。要向学生强调多子浓度与少子浓度相差极其巨大，从而有助于理解耗尽近似的概念，即所谓耗尽，是指“耗尽区”中的载流子浓度与平衡多子浓度或掺杂浓度相比可以忽略。
第2.2节PN结的直流电流电压方程 本节的重点是对PN结扩散电流的推导。讲课时应该先作定性介绍，让学生先在大脑中建立起物理图象，然后再作定量的数学推导。当PN结上无外加电压时，多子的扩散趋势正好被高度为qV bi的势垒所阻挡，电流为零。外加正向电压时，降低了的势垒无法阻止载流子的扩散，于是构成了流过PN结的正向电流。正向电流的电荷来源是P区空穴和N区电子，它们都是多子，所以正向电流很大。外加反向电压时，由于势垒增高，多子的扩散变得更困难。应当注意，“势垒增高”是对多子而言的，对各区的少子来说，情况恰好相反，它们遇到了更深的势阱，因此反而更容易被拉到对方区域去，从而构成流过PN结的反向电流。反向电流的电荷来源是少子，所以反向电流很小。 本节的难点是对有外加电压时势垒区两旁载流子的运动方式的理解、以及电子（空穴）电流向空穴（电子）电流的转化。 第2.3节准费米能级与大注入效应 本节的重点是PN结在外加正向电压和反向电压时的能带图、大注入条件及大注入条件下的PN结电流公式。 本节的难点是大注入条件下自建场的形成原因。要向学生说明，大注入自建场的推导与前面进行过的非均匀掺杂内建场的推导在本质上是相同的，都是令多子电流密度方程为零而解出电场，这也是分析微电子器件时的一种常用方法。 第2.4节PN结的击穿 本节的重点是利用雪崩击穿临界电场和通过查曲线来求得雪崩击穿电压的方法，以及PN结的实际结构（高阻区的厚度和结深）对击穿电压的影响，这些都是实际工程中的常见问题。
版电子技术课程设计
电子技术课程设计计划书 一、本次课程设计目的 进一步学习和掌握数字和模拟电子技术的工作原理，培养学生设计电子电路的能力，学会使用Multisim10软件做仿真实验，修改、完善、验证和实现电路的设计方案。充分认识理论知识对应用技术的指导性作用，进一步加强理论知识与应用相结合的实践和锻炼。通过这次设计实践能够进一步加深对专业知识和理论知识学习的认识和理解，使自己的设计水平和对所学的知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面提高。具体要求： 1、结合所学的数字和模拟电子技术的理论知识来完成数字和模拟电子技术课程设计； 2、学会根据选题确定设计电路的功能和本次设计的目标及完成的步骤； 3、在数字和模拟电子技术的课程设计中，熟悉数字和模拟电子技术的设计方法和技巧以及集成电路的使用； 4、学会采用Multisim10软件方法仿真电路,掌握分析仿真结果的方法； 5、初步掌握电路设计科学技术应用文的写作方法。 二、本次课程设计安排
1、时间安排 第16周-17周为课程设计时间，该时间段内，学生停课，专心作好课程设计。 2、人员安排 本次课程设计共有7个班。 指导教师：庞晶电子1，2班 翟翠电子3，4班 张国勇电子5班， 胡和智通信1,2班 3、地点安排 计电学部：A304，A320，A324，A328 4、要求一人一个课题，必须做出仿真结果，按照提供的模板做好设计报告，严禁相互抄袭。 5、答辩时间地点：17周周四和周五（指导教师通知） 三、上交材料要求
1、要求纸制文档一份，用A4纸张打印。 2、电子文档一份，用自己的学号和姓名命名文件名。 设计时间：第16，17周星期一至星期五 注意：答辩时必须提交所有材料给指导老师。 四、课程设计报告书样版（见附件1） 五、课程设计题目（见附件2） 附件1 河北工业大学廊坊分校 电子技术课程设计报告书 课题名称 一种多种波形发生器设计 姓 名 ************* ※※※※※※※※※ ※※ 2014级电子信息学生电子技术课程设计
(完整word版)微电子器件与IC设计基础_第2版,刘刚,陈涛,课后答案.doc
课后习题答案 1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。因此，经典物理无法准确描述电子的状态。 在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率和波矢 k 建立联系的，即 E h h p n k c 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率和波矢k。 1.2量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？ 解：波函数是空间和时间的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量 的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。如果用r , t 表示粒子的德布洛意 r ,t 2 r , t 表示波的强度，那么，t 时刻在 r 附近的小体积元 波的振幅，以r ,t x y z 中检测到粒子的概率正比于 2 r ,t x y z 。 1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。 解：如图 1.3 所示，从能带的观点来看，半导体和 绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大 (6~7eV) ，室温下本征激发的载流子近乎为零，所 以绝缘体室温下不能导电。半导体禁带宽度较小， 只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价 带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的 导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在 一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有 良好的导电能力。 1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？ 解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，n0 p0 n i。对于某一确定 的半导体材料，其本征载流子浓度为 2 n0 p0 N C N V e E g kT n i 式中， N C，N V以及 Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。
最新微电子器件基础题
微电子器件基础题
“微电子器件”课程复习题 一、填空题 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（ ）和（ ）。 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。 3、当采用耗尽近似时，N 型耗尽区中的泊松方程为（ ）。由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（ ）。 4、PN 结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（短），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），势垒电容C T 就越（ ），雪崩击穿电压就越（低）。 5、硅突变结内建电势V bi 可表为（ ），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（变宽），势垒区的势垒高度 会（增高）。 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（ ）。若P 型区的掺杂浓度173 A 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（ ）。 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（高）；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（低）。 10、PN 结的正向电流由（空穴扩散Jdp ）电流、（电子扩散电流Jdn ）电流和 （势垒区复合电流Jr ）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（ ）。 13、PN 结扩散电流的表达式为（ ）。这个表达式在正向电压下可简 化为（ ），在反向电压下可简化为（ ）。 14、在PN 结的正向电流中，当电压较低时，以（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（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）。 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。
微电子器件工艺
《微电子器件工艺》课程设计报告 班级：电子09-2 学号： 0906040206 姓名：高春旭 指导教师：白立春
N阱硅栅结构的CMOS集成电工艺设计 一．基本要求 设计如下电路的工艺流程 (1)设计上图所示电路的生产工艺流程: (2)每一具体步骤需要画出剖面图; (3)每一个步骤都要求说明,例如进行掺杂时,是采用扩散还是离子注入,需要 解释原因,又如刻蚀,采用的是干法刻蚀,还是湿法刻蚀,这类问题都须详细说明. (4)在设计时,要考虑隔离,衬底选择等问题. (5)要求不少于5页,字迹工整,画图清楚. 二、设计的具体实现 2.1 工艺概述 n阱工艺为了实现与LSI的主流工艺增强型/耗层型(E/D)的完全兼容，n 阱CMOS工艺得到了重视和发展。它采用E/D NMOS的相同的p型衬底材料制备NMOS器件，采用离子注入形成的n阱制备PMOS器件，采用沟道离子注入调整两种沟遭器件的阈值电压。 n阱CMOS工艺与p阱CMOS工艺相比有许多明显的优点。首先是与E/D NMOS工艺完全兼容，因此，可以直接利用已经高度发展的NMOS 工艺技术；其次是制备在轻掺杂衬底上的NMOS的性能得到了最佳化--保持了高的电子迁移率，低的体效应系数，低的n+结的寄生电容，降低了漏结势垒区的电场强度，从而降低了电子碰撞电离所产生的电流等。这个优点对动态CMOS电路，如时钟CMOS电路，多米诺电路等的性能改进尤其明显。
这是因为在这些动态电路中仅采用很少数目的PMOS器件，大多数器件是NMOS 型。另外由于电子迁移率较高，因而n阱的寄生电阻较低；碰撞电离的主要来源—电子碰撞电离所产生的衬底电流，在n阱CMOS中通过较低寄生电阻的衬底流走。而在p阱CMOS中通过p阱较高的横向电阻泄放，故产生的寄生衬底电压在n阱CMOS中比p阱要小。在n阱CMOS中寄生的纵向双极型晶体管是PNP型，其发射极电流增益较低，n阱CMOS结构中产生可控硅锁定效应的几率较p阱为低。由于n阱 CMOS的结构的工艺步骤较p阱CMOS简化，也有利于提高集成密度．例如由于磷在场氧化时，在n阱表面的分凝效应，就可以取消对PMOS的场注入和隔离环。杂质分凝的概念：杂质在固体-液体界面上的分凝作用 ~ 再结晶层中杂质的含量决定于固溶度→ 制造合金结（突变结）；杂质在固体-固体界面上也存在分凝作用 ~ 例如，对Si/SiO2界面：硼的分凝系数约为3/10，磷的分凝系数约为10/1；这就是说，掺硼的Si经过热氧化以后， Si表面的硼浓度将减小，而掺磷的Si 经过热氧化以后， Si表面的磷浓度将增高）。 n阱CMOS基本结构中含有许多性能良好的功能器件，对于实现系统集成及接口电路也非常有利。图A (a)和(b)是p阱和n阱CMOS结构的示意图。 N阱硅栅CMOS IC的剖面图 N离子注入 2.2 现在COMS工艺多采用的双阱工艺制作步骤主要表现为以下几个步骤：