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卷及答案得 分评分人一、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) fm fs, (b) fm fs,fm 时，否则，。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 (4.148)即 (4.149)式中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 衬底热电子图4.59(b) 热电子效应对MOSFET转移特性和阈电压的影响4485 (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。得 分评分人三、计算（共38分）( T=300K，真空介电常数: 8.8510-14 F/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 = 1015 cm-3, Na = 1016 cm-3. (GaAs: ni =2106 cm-3; Ge: ni =2.41013 cm-3). (8 分)对于GaAs，对于Ge2. 突变硅pn结的参数为 Na = 2.251017 cm-3 ，Nd = 1015 cm-3. T = 300 K，计算零偏时的空间电荷区宽度 W。(Si: ni =1.51010 cm-3) (8 分)3. 硅pn结的临界击穿电场可近似为 Ecrit= 4 105 V/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) 4. 硅n沟道MOSFET， n+多晶硅栅极， Na= 21016 cm-3, tox = 50 nm, Qox = 21011 cm-2. 计算阈值电压。 (15 分)衬底费米势氧化层电容衬底最大耗尽层厚度衬底耗尽层电荷氧化层等效电荷 近似认为，对于n+ 多晶硅栅极，费米能级与导带底能级重合，则n+ 多晶硅栅极与衬底功函数差为阈值电压 第 9 页 共 9 页