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微电子器件(3-2)

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?

微电子工艺习题总结(DOC)

1. What is a wafer? What is a substrate? What is a die? 什么是硅片,什么是衬底,什么是芯片 答:硅片是指由单晶硅切成的薄片;芯片也称为管芯(单数和复数芯片或集成电路);硅圆片通常称为衬底。 2. List the three major trends associated with improvement in microchip fabrication technology, and give a short description of each trend. 列出提高微芯片制造技术相关的三个重要趋势,简要描述每个趋势 答:提高芯片性能:器件做得越小,在芯片上放置得越紧密,芯片的速度就会提高。 提高芯片可靠性:芯片可靠性致力于趋于芯片寿命的功能的能力。为提高器件的可靠性,不间断地分析制造工艺。 降低芯片成本:半导体微芯片的价格一直持续下降。 3. What is the chip critical dimension (CD)? Why is this dimension important? 什么是芯片的关键尺寸,这种尺寸为何重要 答:芯片的关键尺寸(CD)是指硅片上的最小特征尺寸; 因为我们将CD作为定义制造复杂性水平的标准,也就是如果你拥有在硅片某种CD的能力,那你就能加工其他所有特征尺寸,由于这些尺寸更大,因此更容易产生。 4. Describe scaling and its importance in chip design. 描述按比例缩小以及在芯片设计中的重要性 答:按比例缩小:芯片上的器件尺寸相应缩小是按比例进行的 重要性:为了优电学性能,多有尺寸必须同时减小或按比例缩小。 5. What is Moore's law and what does it predict? 什么是摩尔定律,它预测了什么 答:摩尔定律:当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数,月每隔18个月便会增加1倍,性能也将提升1倍。 预言在一块芯片上的晶体管数大约每隔一年翻一番。 第二章 6. What is the advantage of gallium arsenide over silicon? 砷化镓相对于硅的优点是什么 答:优点:具有比硅更高的电子迁移率;减小寄生电容和信号损耗的特性;集成电路的速度比硅电路更快;材料的电阻率更大。 7. What is the primary disadvantage of gallium arsenide over silicon? 砷化镓相对于硅的主要缺点是什么 答:主要缺点:缺乏天然氧化物;材料的脆性;成本比硅高10倍;有剧毒性在设备,工艺和废物清除设施中特别控制。

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。

清华大学半导体器件张莉期末考题

发信人: smallsheep (final examination), 信区: Pretest 标题: 微电子器件 发信站: 自由空间 (Mon Jun 20 10:27:10 2005), 站内 填空: 一,已知af,aR,和IES,求Ics=____(互易关系) 二.bjtA和bjtB。一个集电极是N-,一个集电极是N+ 问: 哪个饱和压降大___, 那个early电压大___ 那个容易电流集边___. 哪个容易穿通电压大_____ 哪个容易击穿BVCBO.____, 三.发射结扩散电容应该包括那几个时间常数的影响 简答: 1.β和ft对Ic的特性有很大的相似之处,比如在小电流段都随Ic的减小而减小,在大电流段都随Ic的增大而减小。请解释原因 2.总结一下NN+结的作用。 大题: 1.对于杂质浓度分布为NAB(x)=NAB(0)exp(-λx/WB)的分布,用moll-rose方法推出基区少子分布和渡越时间。 2.给了WB,WE,和其它一堆参数,求β,a,hef.... 求IB,Ic, 求π模型参数,gm,go,gu.. 3.画图,上升时间t0,t1’,t2’三点处的能带图,和少子分布图 总体来说很简单。好像很多人都很得意,ft! 发信人: willow (我要我的自由), 信区: Pretest 标题: 半导体器件-张莉 发信站: 自由空间 (Wed Jun 23 21:38:40 2004), 站内 A卷 1。以下那些是由热载流子效应引起的。。。 。。。6个选项,待补充。。。 2。何谓准静态近似 3。为了加快电路开关时间参数应如何选取 。。。参数,电容,fT,beita,待补充 4。CE律的参数变化, Vt,xSiO2,N,结深 按照参数的变化规律下列效应将如何变化 (1)掺杂浓度N引起:...5种效应,待补充。。。//sigh,我把N弄反了,5个空全错

半导体器件物理 试题库

半导体器件试题库 常用单位: 在室温(T = 300K )时,硅本征载流子的浓度为 n i = 1.5×1010/cm 3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn =1350 2cm /V s ? μp =500 2 cm /V s ? ε0=8.854×10-12 F/m 一、半导体物理基础部分 (一)名词解释题 杂质补偿:半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时,施主和受主在导电性能上有互相抵消 的作用,通常称为杂质的补偿作用。 非平衡载流子:半导体处于非平衡态时,附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度, 额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。 迁移率:载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志,即单位电场下的漂移速度。 晶向: 晶面: (二)填空题 1.根据半导体材料内部原子排列的有序程度,可将固体材料分为 、多晶和 三种。 2.根据杂质原子在半导体晶格中所处位置,可分为 杂质和 杂质两种。 3.点缺陷主要分为 、 和反肖特基缺陷。 4.线缺陷,也称位错,包括 、 两种。 5.根据能带理论,当半导体获得电子时,能带向 弯曲,获得空穴时,能带 向 弯曲。 6.能向半导体基体提供电子的杂质称为 杂质;能向半导体基体提供空穴的杂 质称为 杂质。 7.对于N 型半导体,根据导带低E C 和E F 的相对位置,半导体可分为 、弱简 并和 三种。 8.载流子产生定向运动形成电流的两大动力是 、 。

9.在Si-SiO 2系统中,存在 、固定电荷、 和辐射电离缺陷4种基 本形式的电荷或能态。 10.对于N 型半导体,当掺杂浓度提高时,费米能级分别向 移动;对于P 型半 导体,当温度升高时,费米能级向 移动。 (三)简答题 1.什么是有效质量,引入有效质量的意义何在?有效质量与惯性质量的区别是什么? 2.说明元素半导体Si 、Ge 中主要掺杂杂质及其作用? 3.说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围? 4.什么是杂质的补偿,补偿的意义是什么? (四)问答题 1.说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同? 要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么? (五)计算题 1.金刚石结构晶胞的晶格常数为a ,计算晶面(100)、(110)的面间距和原子面密度。 2.掺有单一施主杂质的N 型半导体Si ,已知室温下其施主能级D E 与费米能级F E 之差为 1.5B k T ,而测出该样品的电子浓度为 2.0×1016cm -3,由此计算: (a )该样品的离化杂质浓度是多少? (b )该样品的少子浓度是多少? (c )未离化杂质浓度是多少? (d )施主杂质浓度是多少? 3.室温下的Si ,实验测得430 4.510 cm n -=?,153510 cm D N -=?, (a )该半导体是N 型还是P 型的? (b )分别求出其多子浓度和少子浓度。 (c )样品的电导率是多少? (d )计算该样品以本征费米能级i E 为参考的费米能级位置。 4.室温下硅的有效态密度1932.810 cm c N -=?,1931.110 cm v N -=?,0.026 eV B k T =,禁带 宽度 1.12 eV g E =,如果忽略禁带宽度随温度的变化

√增强载流子迁移率是新一代微电子器件和电路发展的重要方向

增强载流子迁移率是新一代微电子器件和电路发展的重要方向 (作者:Xie Meng-xian,电子科技大学微固学院) (1)集成电路发展状况: 作为微电子技术的主体——集成电路,它的发展已经经历了若干个重要阶段,从小规模、中规模,到大规模、乃至超大规模、特大规模等。微电子技术的这种长足的进步,在很大程度上就是在不断努力地缩短场效应器件的沟道长度,这主要是通过改善微电子工艺技术、提高加工水平来实现的。尽管现在沟道长度已经可以缩短到深亚微米、乃至于纳米尺寸了,但是要想再继续不断缩短沟道长度的话,将会受到若干因素的限制,这一方面是由于加工工艺能力的问题,另一方面是由于器件物理效应(例如短沟道效应、DIBL效应、热电子等)的问题。因此,在进一步发展微电子技术过程中,再单只依靠缩短沟道长度就很不现实、甚至也可能了,则必须采用新的材料、开发新的工艺和构建新的器件结构,才能突破因缩短沟道所带来的这些限制。 实际上,从集成电路的发展趋势来看,大体上可以划分为三大阶段: ①K时代(Kbit,KHz):微细加工的时代(不断缩短有效尺寸)~“微米时代”; ②M时代(Mbit,MHz):结构革命的时代(不断改进器件和电路结构)~“亚微米时代”; ③G时代(Gbit,GHz):材料革命的时代(不断开发新材料、新技术)~“10纳米时代”。 现在已经开始进入G时代,因此,在不断开发新技术的同时,特别值得注意的是新材料的开发;不仅要开发新型的半导体材料(例如宽禁带半导体、窄禁带半导体、大极性半导体等),而且也要开发各种新型的辅助材料(例如高K、低K介质材料,Cu电极材料,新型表面钝化材料等)。器件和电路研究者应该多加注意新材料的开发应用;而新材料研究者应该多加注意往器件和电路的应用上下功夫。 在新的材料和工艺技术方面现在比较受到重视的是高介电常数(高K)材料和Cu互连技术。当沟道长度缩短到一定水平时,为了保持栅极的控制能力,就必须减小栅极氧化层厚度(一般,选取栅氧化层厚度约为沟道长度的1/50),而这在工艺实施上会遇到很大的困难(例如过薄的氧化层会出现针孔等缺陷);因此就采用了高介电常数的介质材料(高K材料)来代替栅极氧化物,以减轻制作极薄氧化层技术上的难度。另外,沟道长度缩短带来芯片面积的减小,这相应限制了金属连线的尺寸,将产生一定的引线电阻,这就会影响到器件和电路的频率、速度;因此就采用了电导率较高一些的Cu来代替Al作为连线材料,以进一步改善器件和电路的信号延迟性能。可见,实际上所有这些高K材料和Cu互连等新技术的采用都是不得已而为之的,并不是从半导体材料和器件结构本身来考虑的。 显然,为了适应器件和电路性能的提高,最好的办法是另辟途径,应该考虑如何进一步发挥半导体材料和器件结构的潜力,并从而采用其他更有效的技术措施来推动集成电路的发展。现在已经充分认识到的一种有效的技术措施就是着眼于半导体载流子迁移率的提高(迁移率增强技术)。 (2)迁移率增强技术: 迁移率(μ)是标志载流子在电场作用下运动快慢的一个重要物理量,它的大小直接影响到半导体器件和电路的工作频率与速度。 对于双极型晶体管而言,高的载流子迁移率可以缩短载流子渡越基区的时间,使特征频率(f T)提高,能够很好的改善器件的频率、速度和噪音等性能。 对于场效应晶体管而言,提高载流子迁移率则具有更加重要的意义。因为MOSFET的最大输出电流——饱和漏极电流I DS可表示为:

微电子技术前沿复习(带答案的哦)

微电子前沿复习提纲 看一些微电子技术发展的知识 1.请给出下列英文缩写的英文全文,并译出中文: CPLD: Complex Programmable Logic Device复杂可编程逻辑器件 FPGA: Field-Programmable Gate Array 现场可编程门阵列 GAL:generic array logic 通用阵列逻辑 LUT: Look-Up-Table 显示查找表 IP: Intellectual Property 知识产权 SoC: System on Chip 片上系统 2.试述AGC BJT器件实现AGC特性的工作原理; 试说明为什么 AGC BJT的工作频率范围受限? AGC 即自动增益控制(Automatic Gain Control) ? AGC BJT器件实现AGC特性的工作原理:当输入增加时,输出会同时增加,我们 可利用双极型晶体管的大注入效应和大电流下的基区扩展--kirk效应,衰减增益, 使放大系数降低,则达到了稳定输出的目的。 ?工作频率范围受限原因: 1) 、自动增益控制特性与频率特性是相矛盾,实现AGC需要基区展宽,而器件 的工作频率与基区宽度的平方成反比,要实现大范围的自动增益控制,要求 宽基区,使得工作频率范围受限。 2) 、实现AGC要求基区大注入,基区掺杂浓度低时,易于发生大注入效应,而基 区掺杂浓度动愈低,器件高频噪声愈差,使得工作频率范围受限。 3.为什么双栅MOSFET具有良好的超高频(UHF)特性? 双栅MOSFET结构如图: 1) 、双栅MOS的端口 Gl靠近源极,对应的基区宽度短,加高频信号,称信号栅,可以实现超高频。 G2靠近漏极,对应的基区宽度较宽,有良好的AGC性能,加固定偏置或AGC电压,作增益控制栅。 2) 、它通过第二个栅极G2交流接地, 可在第一个栅极G1和漏极D之间起到有效的 静电屏蔽作用, 从而使得栅极与漏极之间的反馈电容(是Miller电容)大大减小,则 提高了频率。 4.为什么硅栅、耐熔金属栅能实现源漏自对准,而铝栅不行?实现

新人教版四年级语文上册-单元期中期末专项练习-第八组达标检测B卷及答案

第八组达标测试卷 一、基础达标。(共43分) 1.在加点字的正确读音下画“——”。(6分) 潜.入深海(qián qiǎn) 筛.选(shān shāi) 烹. 调(pēng hēng) 例.如(lì liè) 盐碱.(jiǎn xián) 储. 存(cǔ chǔ) 崭.新(zhǎn zhàn) 船舶.(bō bó) 凌. 空(lín líng) 提供.(gōng gòng) 奇迹.(jī jì) 楷模. (mú mó) 2.比一比,再组词。(4分) ?????赖( )懒( ) ?????辐( )副( ) ?????舶( )泊( ) ?????综( )棕( ) 3.正确书写词语。(8分) 4.连一连。(8分) 5.还原下面广告中的成语,找出改动的字画圈,把正确的字写在括

号里。(3分) 服装广告:百衣百顺()蚊香广告:默默无蚊() 磁化杯广告:有杯无患() 摩托车广告:骑乐无穷() 淋浴器广告:湿出有名() 软件广告:无网不胜() 6.用正确的关联词填空。(4分) (1)科学家们提出,鸟类()和恐龙有亲缘关系,()很可能 就是一种小型恐龙的后裔。 (2)()食用,太空归来的这些特殊乘客()有很多用武之地 呢! (3)电脑根据这些气象资料,为主人提供一个()节能()舒 适的家居环境。 (4)()太空蔬菜走进了千家万户,()我们餐桌上的菜肴更 丰富了。 7.句子训练。(10分) (1)我国科学家在辽宁西部首次发现了保存有羽毛印痕的恐龙化石。 (缩句) ________________________________________________________ (2)靠什么呼风唤雨呢?靠的是现代科学技术。(仿写) ________________________________________________________ (3)满天的星星在夜空中闪烁着光芒。(改为比喻句) ________________________________________________________ (4)我走上阳台。我去看爸爸养的金鱼。(合成一句话)

微电子工程学复习题

第一章: 1、电子器件微型化和大规模集成的含义是什么?其具有怎样的实际意义。 答:电子器件微型化主要是指器件的最小尺寸,也就是特征尺寸变小了。大规模集成是指在单个芯片上所继承的电子器件数量越来越多。 电子器件微型化和大规模集成的意义: 1)提高速度和降低功耗只有提高集成度,才能减少电子系统内部的连线和最大限度地减少封装管壳对速度的影响。提高速度和提高集成度是统一的,前者必须通过后者来实现。同时采用低功耗、高速度的电路结构(器件结构) 2)提高成品率与可靠性大规模集成电路内部包含的大量元件都已彼此极其紧密地集成在一块小晶片上,因此不像中、小规模集成电路组成的电子系统那样,由于元件与元件,或电路与电路之间装配不紧密,互连线长且暴露在外,易受外界各种杂散信号的干扰,所以说大规模集成电路提高了系统可靠性。 为了提高为电子器件的成品率,需要在少增加电路芯片面积的前提下尽可能容纳更多的电子元件,也就是采取提高元件密度的集成方法。 3)低成本大规模集成电路制造成本和价格比中、小规模集成电路大幅度下降是因为集成度和劳动生产率的不断提高。 综上所述,大规模和超大规模集成电路的微型化、低成本、高可靠和高频高速四大特点,正是电子设备长期追求的技术指标和经济指标,而这四大特点中后三个特点皆源于微型化的特点。因此这四大特点是统一的、不可分割的。 2、超大规模集成电路面临哪些挑战? 答:首先是大直径的硅材料, 随着集成电路技术的发展,硅单晶直拉生产技术,在单晶尺寸、金属杂质含量、掺杂元素和氧分布的均匀性及结晶缺陷等方面得到了不断的改进。目前,通常使用的硅单晶抛光片的直径已达到300mm,400mm硅单晶片的制造也已经开始。如何控制400mm晶体中点缺陷将是面临的重大挑战。 其次是光刻技术:在微电子制造技术中,最为关键的是用于电路图形生成和复制的光刻技术。更短波长光源、新的透镜材料和更高数字孔径光学系统的加工技术,成为首先需要解决的问题;同时,由于光刻尺寸要小于光源波长,使得移相和光学邻近效应矫正等波前工程技术成为光学光刻的另一项关键技术。 最后是器件工艺。当器件的沟道长度缩小到0.1um时,已开始逼近传统的半导体物理的极限。随之而来的是栅氧化层不断减薄,SiO2作为传统的栅氧化层已经难以保证器件的性能。同时随着半导体器件工艺的特征尺寸不断地缩小,芯片内部的多层内连线工艺也逐渐成为半导体工艺发展的挑战。 3、阐述微电子学概念及其重要性。 答:微电子学是研究在固体(主要是半导体)材料上构成的微小型化电路、子系统及系统的电子学分支。 微电子学作为电子学的一门分支学科,主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用,并利用它实现信号处理功能的科学。 微电子学是以实现电路和系统的集成为目的的,故实用性极强。微电子学中所实现的电路和系统又称为集成电路和集成系统。 微电子学是信息领域的重要基础学科,在信息领域中,微电子学是研究并实现信息获取、传输、存储、处理和输出的科学,是研究信息载体的科学,构成了信息科学的基石。其发展水平直接影响着整个信息技术的发展。 微电子科学技术是信息技术中的关键之所在,其发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。

微电子学概论复习题及答案(详细版)

第一章 绪论 1.画出集成电路设计与制造的主要流程框架。 2.集成电路分类情况如何? ?????????????????? ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????按应用领域分类数字模拟混合电路非线性电路线性电路模拟电路时序逻辑电路组合逻辑电路数字电路按功能分类GSI ULSI VLSI LSI MSI SSI 按规模分类薄膜混合集成电路厚膜混合集成电路混合集成电路B iCMOS B iMOS 型B iMOS CMOS NMOS PMOS 型MOS 双极型单片集成电路按结构分类集成电路 3.微电子学的特点是什么? 微电子学:电子学的一门分支学科 微电子学以实现电路和系统的集成为目的,故实用性极强。 微电子学中的空间尺度通常是以微米(m, 1m =10-6m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。 微电子学是信息领域的重要基础学科 微电子学是一门综合性很强的边缘学科 涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科 微电子学是一门发展极为迅速的学科,高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微

电子学发展的方向 微电子学的渗透性极强,它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科,例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等 4.列举出你见到的、想到的不同类型的集成电路及其主要作用。 集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑(微机)用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。 5.用你自己的话解释微电子学、集成电路的概念。 集成电路(integrated circuit)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。 6.简单叙述微电子学对人类社会的作用。 可以毫不夸张地说,没有微电子技术的进步,就不可能有今天信息技术的蓬勃发展,微电子已经成为整个信息社会发展的基石。随着微电子的发展,器件的特征尺寸越来越小第二章半导体物理和器件物理基础 1.什么是半导体?特点、常用半导体材料 什么是半导体? 金属:电导率106~104(W?cm-1),不含禁带; 半导体:电导率104~10-10(W?cm-1),含禁带; 绝缘体:电导率<10-10(W?cm-1),禁带较宽; 半导体的特点: (1)电导率随温度上升而指数上升; (2)杂质的种类和数量决定其电导率; (3)可以实现非均匀掺杂; (4)光辐照、高能电子注入、电场和磁场等影响其电导率; 硅:地球上含量最丰富的元素之一,微电子产业用量最大、也是最重要的半导体材料。 硅(原子序数14)的物理化学性质主要由最外层四个电子(称为价电子)决定。每个硅原子近邻有四个硅原子,每两个相邻原子之间有一对电子,它们与两个原子核都有吸引作用,称为共价键。 化合物半导体:III族元素和V族构成的III-V族化合物,如,GaAs(砷化镓),InSb(锑化铟),GaP(磷化镓),InP(磷化铟)等,广泛用于光电器件、半导体激光器和微波器件。2.掺杂、施主/受主、P型/N型半导体(课件) 掺杂:电子摆脱共价键所需的能量,在一般情况下,是靠晶体内部原子本身的热运动提供的。常温下,硅里面由于热运动激发价健上电子而产生的电子和空穴很少,它们对硅的导电性的影响是十分微小的。室温下半导体的导电性主要由掺入半导体中的微量的杂质(简称掺杂)来决定,这是半导体能够制造各种器件的重要原因。 施主:Donor,掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的电子,并成为带正电的离子。如 Si中掺的P 和As(最外层有5个价电子) 受主:Acceptor,掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的空穴,并成为带负电的离子。如 Si中掺的B(硼)(最外层只有3个价电子)

微电子前沿复习(带答案)

微电子技术前沿复习提纲 1.请给出下列英文缩写的英文全文,并译出中文: CPLD: Complex Programmable Logic Device复杂可编程逻辑器件 FPGA: Field-Programmable Gate Array 现场可编程门阵列 GAL:generic array logic 通用阵列逻辑 LUT: Look-Up-Table 显示查找表 IP: Intellectual Property 知识产权 SoC: System on Chip 片上系统 2.试述AGC BJT器件实现AGC特性的工作原理; 试说明为什么 AGC BJT的工作频率范围受限? AGC 即自动增益控制(Automatic Gain Control) ? AGC BJT器件实现AGC特性的工作原理:当输入增加时,输出会同时增加,我们 可利用双极型晶体管的大注入效应和大电流下的基区扩展--kirk效应,衰减增益, 使放大系数降低,则达到了稳定输出的目的。 ?工作频率范围受限原因: 1) 、自动增益控制特性与频率特性是相矛盾,实现AGC需要基区展宽,而器件 的工作频率与基区宽度的平方成反比,要实现大范围的自动增益控制,要求 宽基区,使得工作频率范围受限。 2) 、实现AGC要求基区大注入,基区掺杂浓度低时,易于发生大注入效应,而基 区掺杂浓度动愈低,器件高频噪声愈差,使得工作频率范围受限。 3.为什么双栅MOSFET具有良好的超高频(UHF)特性? 双栅MOSFET结构如图: 1) 、双栅MOS的端口 Gl靠近源极,对应的基区宽度短,加高频信号,称信号栅,可以实现超高频。 G2靠近漏极,对应的基区宽度较宽,有良好的AGC性能,加固定偏置或AGC电压,作增益控制栅。 2) 、它通过第二个栅极G2交流接地, 可在第一个栅极G1和漏极D之间起到有效的 静电屏蔽作用, 从而使得栅极与漏极之间的反馈电容(是Miller电容)大大减小,则 提高了频率。 4.为什么硅栅、耐熔金属栅能实现源漏自对准,而铝栅不行?实现 源漏自对准的目的是什么?

(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。

半导体物理(微电子器件基础 )知识点总结

第一章 ●能带论:单电子近似法研究晶体中电子状态的理论 ●金刚石结构:两个面心立方按体对角线平移四分之一闪锌矿 ●纤锌矿:两类原子各自组成的六方排列的双原子层堆积而成(001)面ABAB顺序堆积●禁带宽度:导带底与价带顶之间的距离脱离共价键所需最低能量 ●本征激发:价带电子激发成倒带电子的过程 ●有效质量(意义):概括了半导体内的势场作用,使解决半导体内电子在外力作用下运 动规律时,可以不涉及半导体内部势场作用 ●空穴:价带中空着的状态看成是带正电的粒子 ●准连续能级:由于N很大,每个能带的能级基本上可以看成是连续的 ●重空穴带:有效质量较大的空穴组成的价带 ●窄禁带半导体:原子序数较高的化合物 ●导带:电子部分占满的能带,电子可以吸收能量跃迁到未被占据的能级 ●价带:被价电子占满的满带 ●满带:电子占满能级 ●半导体合金:IV族元素任意比例熔合 ●能谷:导带极小值 ●本征半导体:完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体 ●应变半导体:经过赝晶生长生成的半导体 ●赝晶生长:晶格失配通过合金层的应变得到补偿或调节,获得无界面失配位错的合金层 的生长模式 ●直接带隙半导体材料就是导带最小值(导带底)和满带最大值在k空间中同一位置 ●间接带隙半导体材料导带最小值(导带底)和满带最大值在k空间中不同位置 ●允带:允许电子能量存在的能量范围. ●同质多象体:一种物质能以两种或两种以上不同的晶体结构存在的现象 第二章 ●替位杂质:杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处。 ●间隙杂质:杂质原子位于晶格的间隙位置。 ●杂质浓度:单位体积中的杂质原子数。 ●施主(N型)杂质:释放束缚电子,并成为不可动正电荷中心的杂质。 ●受主(P型)杂质:释放束缚空穴,并成为不可动负电荷中心的杂质。

微电子技术物理基础的问题解答

(1)为什么元素周期表上的第13号元素Al是金属、而第14号元素Si却是半导体? 答:虽然它们的原子序数只差一个,但是性质却截然不同,这主要是由于其原子负电性不同,导致晶体能带结构不同的缘故。因为Al的负电性较小,价电子容易失去,则在形成晶体时倾向于采用金属键,故价电子所形成的能带没有禁带——属于金属。而Si的负电性较大,价电子不容易失去,则倾向于形成共价键,成为共价晶体,从而价电子能带存在禁带,并且禁带宽度正好不大(~1.12eV),所以属于半导体。 (2)为什么半导体中载流子的平均自由程往往要比晶体的晶格常数大得多? 答:晶格常数是结晶学原胞的边长,一般比原子间距要大一些.平均自由程是指载流子在运动过程中相继两次遭受散射(或碰撞)之间的距离.因为按照能带理论,排列规则、且不动的原子构成的晶格周期性势场,决定了电子的能量状态,即决定了能带结构;但是这种严格周期性的势场并不引起电子状态的改变,即不散射电子.这就意味着,排列规则、且不动的原子本身也并不散射电子.所以载流子的平均自由程往往要比晶体的晶格常数大数十到数百倍.(注意:排列不规则或者运动的原子,即不具有周期性的晶格势场,或者说杂质和缺陷所产生的势场,将要散射电子.) (3)为什么Si、Ge等半导体的禁带宽度(Eg)将随着温度(T)的升高而下降? 答:因为Si、Ge等半导体的价带、导带和禁带都是由原子外层的s态和p态价电子通过杂化而形成的;当许多原子靠近而构成晶体、原子外层的价电子——公有化电子形成能带时,并不是导带对应于原子的s 态电子、价带对应于原子的p态电子,所以禁带宽度也就不是随着原子间距的减小而变窄.因此,当温度升高时,原子间距增大,禁带宽度也就不是随之变宽,相反却是变窄.实际上,只有少数几种半导体的价带和导带是分别对应于原子的单一电子状态,这种半导体的禁带宽度确实是随着温度的升高而增大的. (4)为什么在半导体的禁带中可以存在有杂质、缺陷等的能级? 答: 半导体禁带这个能量范围,是晶体中的价电子所不能具有的能量;而价电子是属于整个晶体所有的,即是所谓公有化电子.这就意味着,禁带中不能存在公有化电子状态,但是这并不排斥在禁带中可以出现非公有化电子状态——杂质和缺陷等所谓局域性的电子状态.因此,在禁带中可以有杂质、缺陷等的能级. (5)为什么Si可以吸收光、并产生电子-空穴对?但是为什么Si中电子-空穴对的复合却一般不能够发出光来? 答: 因为Si的能带是间接跃迁的结构,即价带顶与导带底不在Brillouin区的同一点处.这也就是说,价带顶处的电子(或空穴),与导带底处的电子具有不同的动量(或不同的波矢).电子在价带与导带之间跃迁时需要满足能量守恒和动量守恒.当价带顶处的电子吸收了能量足够高的光子后,即可跃迁到导带去,至于跃迁前后动量的差别可以在电子进入导带以后再通过弛豫过程来调整解决,所以这种吸收光的过程是可以发生的.但是,如果导带底电子下落到价带时,除了放出能量以外,还要同时放出动量,这时若把能量以光子的形式发射出来,但是还必须要有第三者来接受所放出的动量(因为光子的动量=0),而这个第三者主要就是晶体中的声子(晶格振动的能量量子);因此,当电子-空穴对复合时,由于声子在接受动量的同时,也可以接受能量,即复合所释放出的动量和能量都将可能交给声子,从而一般也就不再发出光子了. (6)为什么价带中的许多价电子不能导电? 答: 因为填满价带的电子都是被原子束缚的电子——价电子,在电场作用下不能改变其能量状态,故不能导电。只有当它们摆脱价键的束缚(即本征激发)而成为导带电子以后才能够导电,与此同时在价带中留下价键空位。导带中的电子和价带中的空位——空穴就是载流子。 (7)为什么半导体中载流子浓度不大时,可以近似认为它们是服从Boltzmann统计的(即为非简并半导体)?

电子科技大学微电子器件习题

第二章PN结 填空题 1、若某突变PN结的P型区的掺杂浓度为N A=1.5×1016cm-3,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()电荷,N区一侧带()电荷。内建电场的方向是从()区指向()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(),内建电场的最大值就越(),内建电势V bi就越(),反向饱和电流I0就越(),势垒电容C T就越(),雪崩击穿电压就越()。 5、硅突变结内建电势V bi可表为(),在室温下的典型值为()伏特。 6、当对PN结外加正向电压时,其势垒区宽度会(),势垒区的势垒高度会()。 7、当对PN结外加反向电压时,其势垒区宽度会(),势垒区的势垒高度会()。 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N A=1.5×1017cm-3,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();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()。 10、PN结的正向电流由()电流、()电流和()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();PN结的反向电流很小,是因为反向电流的电荷来源是()。 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()。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()电流为主;当电压较高时,以()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()。在薄基区二极管中,少子浓度的分布近似为()。 16、小注入条件是指注入某区边界附近的()浓度远小于该区的()浓度,因此该区总的多子浓度中的()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()浓度远大于该区的()浓度,因此该区总的多子浓度中的()多子浓度可以忽略。 18、势垒电容反映的是PN结的()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();外加反向电压越高,则势垒电容就越()。 19、扩散电容反映的是PN结的()电荷随外加电压的变化率。正向电流越大,则扩散电容就越();少子寿命越长,则扩散电容就越()。 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

微电子学概论复习题

微电子概论习题 第一章绪论 1.画出集成电路设计与制造的主要流程框架。 2.集成电路分类情况如何? 3.微电子学的特点是什么? 4.列举出你见到的、想到的不同类型的集成电路及其主要作用。 5.用你自己的话解释微电子学、集成电路的概念。 6.简单叙述微电子学对人类社会的作用。 第二章半导体物理和器件物理基础 1.什么是半导体?特点、常用半导体材料 2.掺杂、施主/受主、P型/N型半导体 3.能带、导带、价带、禁带 4.半导体中的载流子、迁移率 5.PN结,为什么会单向导电,正向特性、反向特性,PN结击穿有几种 6.双极晶体管工作原理,基本结构,直流特性 7.MOS晶体管基本结构、工作原理、I-V方程、三个工作区的特性 8.MOS晶体管分类 9.载流子的输运有哪些模式?对这些输运模式进行简单的描述。 10.讨论PMOS晶体管的工作原理,写出PMOS管的电流电压方程。 第三章大规模集成电路基础 1.集成电路制造流程、特征尺寸 2.CMOS集成电路特点 3.MOS开关、CMOS传输门特性 4.CMOS反相器特性(电压传输特性、PMOS和NMOS工作区域) 5.CMOS组合逻辑:基本逻辑门、复合门 6.反相器、二输入与非、或非门 7.闩锁效应起因? 第四章集成电路制造工艺 1.集成电路工艺主要分为哪几大类,每一类中包括哪些主要工艺,并简述各工艺的主要作用2.简述光刻的工艺过程 第五章集成电路设计 1.层次化、结构化设计概念,集成电路设计域和设计层次 2.什么是集成电路设计?

3.集成电路设计流程,三个设计步骤 ?系统功能设计 ?逻辑和电路设计 ?版图设计 4.模拟电路和数字电路设计各自的特点和流程 5.版图验证和检查包括哪些内容?如何实现? 6.版图设计规则概念,为什么需要指定版图设计规则,版图设计规则主要内容以及表示方法。7.集成电路设计方法分类 全定制、半定制、PLD 8.标准单元/门阵列的概念,优点/缺点,设计流程 9.PLD设计方法的特点,FPGA/CPLD的概念 10.试述门阵列和标准单元设计方法的概念和它们之间的异同点。 11.标准单元库中的单元的主要描述形式有哪些?分别在IC设计的什么阶段应用? 12.集成电路的可测性设计是指什么? 第六章集成电路设计的EDA系统 1.ICCAD主要有哪几类,主要作用 2.VHDL语言的用途 3.VHDL设计要素:实体、结构体、配置、程序包和库,各自的概念和作用 4.VHDL并行信号赋值语句的硬件行为模型 5.VHDL描述电路的风格 6.信号、变量的区别 7.什么是进程语句,什么是敏感量表 8.什么是事件,什么是模拟周期 9.如何用VHDL产生信号激励,时钟激励 10.什么是综合?综合过程有几个步骤。 11.什么是电路模拟?其在IC设计中的作用 12.SPICE主要可以完成哪些主要的电路分析 13.试述器件模拟和工艺模拟的基本概念。 14.试述面向事件的模拟算法的基本思路。 15.列出逻辑模拟中的主要延迟模型,并给出简单说明。 16.用SPICE模拟软件模拟一个E/D NMOS反相器的直流输出特性,请写出相应的输入文件。 第七章几种重要的特种微电子器件 1.光电器件主要包括哪几类? 2.半导体发光器件的基本原理是什么? 第八章微机电系统 1.MEMS工艺与微电子工艺技术有哪些区别。 2、列举几种你所知道的MEMS器件,并简述其用途。

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