微电子器件与电路课后习题

微电子器件与电路课后习题华侨大学电子工程系IC设计中心2010微电子器件与电路习题（1）微电子器件与电路习题（1）半导体器件基础部分习题所需的可能用到的物理参数如下：电子电荷191.610qC−=×华侨大学电子工程系IC设计中心:[e-mail]波尔兹曼常数58.6210/ke−=×300K时的热电压/0.026TVkTqV==本征载流子浓度10310inc−=介电常数121.010/siFcmε−=×2120.3510/siOFcmε−=×MOS阈值电压TVT-NMOST-PMOSV=0.7VV=0.8V300K下载流子迁移率作业提交时间：2010年04月14日（周三）微电子器件与电路习题（1）半导体物理部分1.假设有1块长为10mμ横截面积为211mμ×的硅材料，掺有18310cm−的砷。如同所示假设有1V的电压加载在材料上。①判断半导体类型，并求出多子和少子的浓度密度。1V10μ1μ1μiS材料1图②估算半导体材料的电阻大小。③定性分析在该半导体材料中掺入183210cm−×的硼时该材料的电阻将会发生如何变化，并简要作出解释。PN结部分2.假设pn结的结构和电场分布如下图所示（假设T=300K）DV()[/]ExVcm2−02[]xmμ43.210−×2图153N10Acm=173N10Dcm=x①计算pn结的内建电势差②外加偏置电压是多少？此时二极管处于正偏还是反偏？3.在某种工艺中采用两种不同的N+扩散和P-扩散相结合来制造齐纳二极管（隧道二极管），其中一种二极管的击穿电压为7V，一种击穿电压为10V。分析可能引起击穿电压差别的原因是什么？双极管部分华侨大学电子工程系IC设计中心:[e-mail]微电子器件与电路习题（1）4.画出集成双极晶体管（NPN或PNP）的纵向剖面图，并说明其工作原理。MOSFET部分5.假设W/L=50/0.5，假设DSV=3V，当GSV从0上升到3V时，画出NMOS和PMOS的漏电流随变化曲线（需标注出关键点，下同）。GSV（假设）22npμCox=50μA/VμCox=20μA/V6.对图3的每个电路，画出IX关于VX的函数曲线。VX从0变化到VDD。+1.9VxV1VxI(b)1V+1.9VxVxI1M1M(d)3图7对图4的每个电路，画出IX关于VX的函数曲线。VX从0变化到VDD。xV1M1R2RVDDxV1M1R2RVDDxIxI(a)(b)图48.假设工艺的氧化层厚度tox=9.5nm。已知粒子迁移率为及。制造一个尺寸均为2540/()ncmVsμ=i2220/()pcmVsμ=iW=12μmL=12μm的NMOS和PMOS。栅源电压3.3GSV=V，VDD=3.3V。①求两个MOSFET管的线性电阻npRR和②假设保持NMOS的尺寸不变，增加pMOS的宽度，使得nRRp=，求所要求的PMOS的宽度。华侨大学电子工程系IC设计中心:[e-mail]微电子器件与电路习题（1）9.有个互连线分布在一个厚度为10000的绝缘氧化层上，线宽5um,线长200um,线高0.1um,已知电阻率为A25cmρ=Ωp衬底2SiO互连线①计算互连线的电阻②求线电容，计算结果用fF表示（15110fFF−=）③求该线的时间常数τ，单位使用ps表示（）12110pss=器件电路综合部分10.由于制造上的困难，最初几代的MOS工艺仅提供NMOS器件，早期许多处理器和模拟电路都是用NMOS工艺制造，但是功耗很大。尽管CMOS器件需要大量的掩膜板和制造工序，CMOS逻辑的零静态功耗仍然促使了CMOS技术的到来。然而在CMOS电路中会产生一个严重的问题就是闩锁效应。闩锁是指CMOS中在电源VDD和地线之间由于寄生PNP和NPN双极晶体管BJT相互影响产生的一低阻抗通路，它的存在会使VDD和GND之间产生大电流。①通过上图反相器的剖面图分析闩锁效应产生的原因。②通过已学的知识，分析一下如何在设计和制造中避免闩锁效应的产生。并对提出的方法利用已学的知识进行解释。华侨大学电子工程系IC设计中心:[e-mail]