微電子學(xué)概論復(fù)習(xí)題及答案詳細(xì)版.doc
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期末考試神奇復(fù)習(xí)資料 第一章 緒論 1． 畫(huà)出集成電路設(shè)計(jì)與制造的主要流程框架。 2． 集成電路分類(lèi)情況如何？ 3． 微電子學(xué)的特點(diǎn)是什么？ 微電子學(xué)：電子學(xué)的一門(mén)分支學(xué)科 微電子學(xué)以實(shí)現(xiàn)電路和系統(tǒng)的集成為目的，故實(shí)用性極強(qiáng)。 微電子學(xué)中的空間尺度通常是以微米(mm, 1mm＝10－6m)和納米(nm, 1nm = 10-9m)為單位的。 微電子學(xué)是信息領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)學(xué)科 微電子學(xué)是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的邊緣學(xué)科 涉及了固體物理學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、材料科學(xué)、電子線路、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、測(cè)試與加工、圖論、化學(xué)等多個(gè)學(xué)科 微電子學(xué)是一門(mén)發(fā)展極為迅速的學(xué)科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微電子學(xué)發(fā)展的方向 微電子學(xué)的滲透性極強(qiáng)，它可以是與其他學(xué)科結(jié)合而誕生出一系列新的交叉學(xué)科，例如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、生物芯片等 4． 列舉出你見(jiàn)到的、想到的不同類(lèi)型的集成電路及其主要作用。 集成電路按用途可分為電視機(jī)用集成電路、音響用集成電路、影碟機(jī)用集成電路、錄像機(jī)用集成電路、電腦（微機(jī)）用集成電路、電子琴用集成電路、通信用集成電路、照相機(jī)用集成電路、遙控集成電路、語(yǔ)言集成電路、報(bào)警器用集成電路及各種專(zhuān)用集成電路。 5． 用你自己的話解釋微電子學(xué)、集成電路的概念。 集成電路（integrated circuit）是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。 6． 簡(jiǎn)單敘述微電子學(xué)對(duì)人類(lèi)社會(huì)的作用。 可以毫不夸張地說(shuō)，沒(méi)有微電子技術(shù)的進(jìn)步，就不可能有今天信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，微電子已經(jīng)成為整個(gè)信息社會(huì)發(fā)展的基石。隨著微電子的發(fā)展，器件的特征尺寸越來(lái)越小 第二章 半導(dǎo)體物理和器件物理基礎(chǔ) 1． 什么是半導(dǎo)體？特點(diǎn)、常用半導(dǎo)體材料 什么是半導(dǎo)體？ 金屬：電導(dǎo)率106～104(W?cm-1)，不含禁帶； 半導(dǎo)體：電導(dǎo)率104~10-10(W?cm-1)，含禁帶； 絕緣體：電導(dǎo)率<10-10(W?cm-1)，禁帶較寬； 半導(dǎo)體的特點(diǎn)： （1）電導(dǎo)率隨溫度上升而指數(shù)上升； （2）雜質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量決定其電導(dǎo)率； （3）可以實(shí)現(xiàn)非均勻摻雜； （4）光輻照、高能電子注入、電場(chǎng)和磁場(chǎng)等影響其電導(dǎo)率； 硅：地球上含量最豐富的元素之一，微電子產(chǎn)業(yè)用量最大、也是最重要的半導(dǎo)體材料。硅(原子序數(shù)14)的物理化學(xué)性質(zhì)主要由最外層四個(gè)電子（稱(chēng)為價(jià)電子）決定。每個(gè)硅原子近鄰有四個(gè)硅原子，每?jī)蓚€(gè)相鄰原子之間有一對(duì)電子，它們與兩個(gè)原子核都有吸引作用，稱(chēng)為共價(jià)鍵。 化合物半導(dǎo)體：III族元素和V族構(gòu)成的III-V族化合物，如，GaAs(砷化鎵)，InSb(銻化銦)，GaP(磷化鎵)，InP(磷化銦)等，廣泛用于光電器件、半導(dǎo)體激光器和微波器件。 2. 摻雜、施主/受主、P型/N型半導(dǎo)體（課件） 摻雜：電子擺脫共價(jià)鍵所需的能量，在一般情況下，是靠晶體內(nèi)部原子本身的熱運(yùn)動(dòng)提供的。常溫下，硅里面由于熱運(yùn)動(dòng)激發(fā)價(jià)健上電子而產(chǎn)生的電子和空穴很少，它們對(duì)硅的導(dǎo)電性的影響是十分微小的。室溫下半導(dǎo)體的導(dǎo)電性主要由摻入半導(dǎo)體中的微量的雜質(zhì)（簡(jiǎn)稱(chēng)摻雜）來(lái)決定，這是半導(dǎo)體能夠制造各種器件的重要原因。 施主：Donor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中 提供導(dǎo)電的電子，并成為帶正電的離子。如 Si中摻的P 和As（最外層有5個(gè)價(jià)電子） 受主：Acceptor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中 提供導(dǎo)電的空穴，并成為帶負(fù)電的離子。如 Si中摻的B(硼）（最外層只有3個(gè)價(jià)電子） N型半導(dǎo)體：n大于p（如在硅中摻入五價(jià)雜質(zhì)） P型半導(dǎo)體：p大于n（如在硅中摻入三價(jià)雜質(zhì)） 3. 能帶、導(dǎo)帶、價(jià)帶、禁帶（課件） 半導(dǎo)體晶體中的電子的能量既不像自由電子哪樣連續(xù)，也不象孤立原子哪樣是一個(gè)個(gè)分立的能級(jí)，而是形成能帶，每一帶內(nèi)包含了大量的，能量很近的能級(jí)。能帶之間的間隙叫禁帶，一個(gè)能帶到另一個(gè)能帶之間的能量差稱(chēng)為禁帶寬度。 價(jià)帶：0K條件下被電子填充的能量最高的能帶 導(dǎo)帶： 0K條件下未被電子填充的能量最低的能帶 禁帶：導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂之間能帶 帶隙：導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂之間的能量差 4. 半導(dǎo)體中的載流子、遷移率（課件） 半導(dǎo)體中的載流子：在半導(dǎo)體中，存在兩種載流子，電子以及電子流失導(dǎo)致共價(jià)鍵上留下的空位（空穴）均被視為載流子。通常N型半導(dǎo)體中指自由電子，P型半導(dǎo)體中指空穴，它們?cè)陔妶?chǎng)作用下能作定向運(yùn)動(dòng)，形成電流。 遷移率：?jiǎn)挝浑妶?chǎng)作用下載流子獲得平均速度，反映了載流子在電場(chǎng)作用下輸運(yùn)能力 5. PN結(jié)，為什么會(huì)單向?qū)щ?，正向特性、反向特性，PN結(jié)擊穿有幾種（課件） PN結(jié)：在一塊半導(dǎo)體材料中，如果一部分是n型區(qū)，一部分是p型區(qū)，在n型區(qū)和p型區(qū)的交界面處就形成了pn結(jié) 載流子漂移(電流)和擴(kuò)散(電流)過(guò)程保持平衡(相等)，形成自建場(chǎng)和自建勢(shì)在PN結(jié)上外加一電壓 ，如果P型一邊接正極 ，N型一邊接負(fù)極，電流便從P型一邊流向N型一邊，空穴和電子都向界面運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變窄，甚至消失，電流可以順利通過(guò)。如果N型一邊接外加電壓的正極，P型一邊接負(fù)極，則空穴和電子都向遠(yuǎn)離界面的方向運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變寬，電流不能流過(guò)。這就是PN結(jié)的單向?qū)浴? 正向特性：正向偏置時(shí)，擴(kuò)散大于漂移， 稱(chēng)為PN結(jié)的正向注入效應(yīng)。 反向特性：反向偏置時(shí)，漂移大于擴(kuò)散, PN結(jié)的反向抽取作用。 擊穿：PN結(jié)反偏時(shí)，電流很小，但當(dāng)電壓超過(guò)臨界電壓時(shí)，電流會(huì)突然增大。這一臨界電壓稱(chēng)為PN結(jié)的擊穿電壓。PN結(jié)的正向偏壓一般為0.7V，而它的反向擊穿電壓一般可達(dá)幾十伏，擊穿電壓與PN結(jié)的結(jié)構(gòu)及P區(qū)和P區(qū)的摻雜濃度有關(guān)。 齊納/隧道擊穿： 電子的隧道穿透效應(yīng)在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下迅速增加的結(jié)果。 雪崩擊穿: PN結(jié)反偏電壓增大時(shí)，空間電荷區(qū)電場(chǎng)增強(qiáng)，通過(guò)空間電荷區(qū)的電子和空穴在電場(chǎng)作用下獲得足夠大的能量，當(dāng)與晶格原子碰撞時(shí)可以使?jié)M帶的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，形成電子-空穴對(duì)，這種現(xiàn)象成為“碰撞電離”。新的電子-空穴對(duì)又在電場(chǎng)作用下獲得足夠的能量，通過(guò)碰撞電離又產(chǎn)生更多的電子-空穴對(duì)，當(dāng)反偏電壓大到一定值后，載流子碰撞電離的倍增象雪崩一樣，非常猛烈，使電流急劇增加，從而發(fā)生擊穿。這種擊穿是不可恢復(fù)的 6. 雙極晶體管工作原理，基本結(jié)構(gòu)，直流特性（課件） 工作原理： 基本結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)相距很近的PN結(jié)組成 直流特性: 1. 共發(fā)射極的直流特性曲線 2 . 共基極的直流特性曲線 7. MOS晶體管基本結(jié)構(gòu)、工作原理、I-V方程、三個(gè)工作區(qū)的特性（課件） 基本結(jié)構(gòu)：屬于四端器件，有四個(gè)電極。由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，在不加偏壓時(shí)，無(wú)法區(qū)分器件的源和漏。源漏之間加偏壓后，電位低的一端稱(chēng)為源，電位高的一端稱(chēng)為漏。 工作原理： 施加正電荷作用使半導(dǎo)體表面的空穴被排走，少子（電子）被吸引過(guò)來(lái)。繼續(xù)增大正電壓，負(fù)空間電荷區(qū)加寬，同時(shí)被吸引到表面的電子也增加。形成耗盡層。電壓超過(guò)一定值Vt，吸引到表面的電子濃度迅速增大，在表面形成一個(gè)電子導(dǎo)電層，反型層。 I-V方程： 電流-電壓表達(dá)式： 線性區(qū)：Isd=βp (|Vgs|-|Vtp|-|Vds|/2) |Vds| 飽和區(qū)：Isd=(βp/2)(|Vgs|-|Vtp|) 三個(gè)工作區(qū)的特性： 線性區(qū)(Linear region) ： Vds < Vgs - Vt Ids=βn[(Vgs-Vtn)-Vds/2]Vds——線性區(qū)的電壓-電流方程 飽和區(qū)（Saturation region）： Vds >= Vgs - Vt Vgs-Vtn不變，Vds增加的電壓主要降在△L上，由于△L<下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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