微電子學概論復習題及答案詳細版.doc
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期末考試神奇復習資料 第一章 緒論 1． 畫出集成電路設計與制造的主要流程框架。 2． 集成電路分類情況如何？ 3． 微電子學的特點是什么？ 微電子學：電子學的一門分支學科 微電子學以實現(xiàn)電路和系統(tǒng)的集成為目的，故實用性極強。 微電子學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。 微電子學是信息領域的重要基礎學科 微電子學是一門綜合性很強的邊緣學科 涉及了固體物理學、量子力學、熱力學與統(tǒng)計物理學、材料科學、電子線路、信號處理、計算機輔助設計、測試與加工、圖論、化學等多個學科 微電子學是一門發(fā)展極為迅速的學科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微電子學發(fā)展的方向 微電子學的滲透性極強，它可以是與其他學科結合而誕生出一系列新的交叉學科，例如微機電系統(tǒng)(MEMS)、生物芯片等 4． 列舉出你見到的、想到的不同類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用集成電路、音響用集成電路、影碟機用集成電路、錄像機用集成電路、電腦（微機）用集成電路、電子琴用集成電路、通信用集成電路、照相機用集成電路、遙控集成電路、語言集成電路、報警器用集成電路及各種專用集成電路。 5． 用你自己的話解釋微電子學、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體晶片或介質基片上，然后封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構；其中所有元件在結構上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進了一大步。 6． 簡單敘述微電子學對人類社會的作用。 可以毫不夸張地說，沒有微電子技術的進步，就不可能有今天信息技術的蓬勃發(fā)展，微電子已經(jīng)成為整個信息社會發(fā)展的基石。隨著微電子的發(fā)展，器件的特征尺寸越來越小 第二章 半導體物理和器件物理基礎 1． 什么是半導體？特點、常用半導體材料 什么是半導體？ 金屬：電導率106～104(W?cm-1)，不含禁帶； 半導體：電導率104~10-10(W?cm-1)，含禁帶； 絕緣體：電導率<10-10(W?cm-1)，禁帶較寬； 半導體的特點： （1）電導率隨溫度上升而指數(shù)上升； （2）雜質的種類和數(shù)量決定其電導率； （3）可以實現(xiàn)非均勻摻雜； （4）光輻照、高能電子注入、電場和磁場等影響其電導率； 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、也是最重要的半導體材料。硅(原子序數(shù)14)的物理化學性質主要由最外層四個電子（稱為價電子）決定。每個硅原子近鄰有四個硅原子，每兩個相鄰原子之間有一對電子，它們與兩個原子核都有吸引作用，稱為共價鍵。 化合物半導體：III族元素和V族構成的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、半導體激光器和微波器件。 2. 摻雜、施主/受主、P型/N型半導體（課件） 摻雜：電子擺脫共價鍵所需的能量，在一般情況下，是靠晶體內部原子本身的熱運動提供的。常溫下，硅里面由于熱運動激發(fā)價健上電子而產(chǎn)生的電子和空穴很少，它們對硅的導電性的影響是十分微小的。室溫下半導體的導電性主要由摻入半導體中的微量的雜質（簡稱摻雜）來決定，這是半導體能夠制造各種器件的重要原因。 施主：Donor，摻入半導體的雜質原子向半導體中 提供導電的電子，并成為帶正電的離子。如 Si中摻的P 和As（最外層有5個價電子） 受主：Acceptor，摻入半導體的雜質原子向半導體中 提供導電的空穴，并成為帶負電的離子。如 Si中摻的B(硼）（最外層只有3個價電子） N型半導體：n大于p（如在硅中摻入五價雜質） P型半導體：p大于n（如在硅中摻入三價雜質） 3. 能帶、導帶、價帶、禁帶（課件） 半導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個分立的能級，而是形成能帶，每一帶內包含了大量的，能量很近的能級。能帶之間的間隙叫禁帶，一個能帶到另一個能帶之間的能量差稱為禁帶寬度。 價帶：0K條件下被電子填充的能量最高的能帶 導帶： 0K條件下未被電子填充的能量最低的能帶 禁帶：導帶底與價帶頂之間能帶 帶隙：導帶底與價帶頂之間的能量差 4. 半導體中的載流子、遷移率（課件） 半導體中的載流子：在半導體中，存在兩種載流子，電子以及電子流失導致共價鍵上留下的空位（空穴）均被視為載流子。通常N型半導體中指自由電子，P型半導體中指空穴，它們在電場作用下能作定向運動，形成電流。 遷移率：單位電場作用下載流子獲得平均速度，反映了載流子在電場作用下輸運能力 5. PN結，為什么會單向導電，正向特性、反向特性，PN結擊穿有幾種（課件） PN結：在一塊半導體材料中，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 載流子漂移(電流)和擴散(電流)過程保持平衡(相等)，形成自建場和自建勢在PN結上外加一電壓 ，如果P型一邊接正極 ，N型一邊接負極，電流便從P型一邊流向N型一邊，空穴和電子都向界面運動，使空間電荷區(qū)變窄，甚至消失，電流可以順利通過。如果N型一邊接外加電壓的正極，P型一邊接負極，則空穴和電子都向遠離界面的方向運動，使空間電荷區(qū)變寬，電流不能流過。這就是PN結的單向導性。 正向特性：正向偏置時，擴散大于漂移， 稱為PN結的正向注入效應。 反向特性：反向偏置時，漂移大于擴散, PN結的反向抽取作用。 擊穿：PN結反偏時，電流很小，但當電壓超過臨界電壓時，電流會突然增大。這一臨界電壓稱為PN結的擊穿電壓。PN結的正向偏壓一般為0.7V，而它的反向擊穿電壓一般可達幾十伏，擊穿電壓與PN結的結構及P區(qū)和P區(qū)的摻雜濃度有關。 齊納/隧道擊穿： 電子的隧道穿透效應在強電場的作用下迅速增加的結果。 雪崩擊穿: PN結反偏電壓增大時，空間電荷區(qū)電場增強，通過空間電荷區(qū)的電子和空穴在電場作用下獲得足夠大的能量，當與晶格原子碰撞時可以使?jié)M帶的電子激發(fā)到導帶，形成電子-空穴對，這種現(xiàn)象成為“碰撞電離”。新的電子-空穴對又在電場作用下獲得足夠的能量，通過碰撞電離又產(chǎn)生更多的電子-空穴對，當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的 6. 雙極晶體管工作原理，基本結構，直流特性（課件） 工作原理： 基本結構：由兩個相距很近的PN結組成 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晶體管基本結構、工作原理、I-V方程、三個工作區(qū)的特性（課件） 基本結構：屬于四端器件，有四個電極。由于結構對稱，在不加偏壓時，無法區(qū)分器件的源和漏。源漏之間加偏壓后，電位低的一端稱為源，電位高的一端稱為漏。 工作原理： 施加正電荷作用使半導體表面的空穴被排走，少子（電子）被吸引過來。繼續(xù)增大正電壓，負空間電荷區(qū)加寬，同時被吸引到表面的電子也增加。形成耗盡層。電壓超過一定值Vt，吸引到表面的電子濃度迅速增大，在表面形成一個電子導電層，反型層。 I-V方程： 電流-電壓表達式： 線性區(qū)：Isd=βp (|Vgs|-|Vtp|-|Vds|/2) |Vds| 飽和區(qū)：Isd=(βp/2)(|Vgs|-|Vtp|) 三個工作區(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<
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