姓名」 麻省理工学院 电气工程与计算机科学系 6.012微电子器件与电路 考试1 注意： 1.除非另有说明，均假定室温kT购0025V,kT购n10可近拟为006V 2开卷：允许带6.012的教材和笔记。 3.所有答案和相关的演算必须写在卷纸上写在其它纸上不计成锁 4.做一些合理的近似和假设，并证明你所做的近似和假设是合理的。 5.答案中一定要有合适正确的单位 6试卷共有9页姓名一定要写在本页上面指定的空格里 6.012评香人填写 题一 (36分) 题二 (28分】 题三 (36分》 总计 (100分)
姓名 麻省理工学院 电气工程与计算机科学系 6.012 微电子器件与电路 考试 1 注意： 1. 除非另有说明，均假定室温 kT/q=0.025V，[(kT/q)ln10]可近似为 0.06V. 2. 开卷; 允许带 6.012 的教材和笔记。 3. 所有答案和相关的演算必须写在卷纸上.写在其它纸上不计成绩. 4. 做一些合理的近似和假设，并证明你所做的近似和假设是合理的。 5. 答案中一定要有合适正确的单位. 6. 试卷共有 9 页.姓名一定要写在本页上面指定的空格里. _______________________________________________________________________________ 6.012 评卷人填写 题一 （36 分） 题二 （28 分） 题三 （36 分） 总计 （100 分）
29页 第一题(36分) 如下图所示的二级管，不是硅管，少数载流子的寿命是10。电子迁移率山是 3600cm2/V-s,空穴的迁移率h,是256cmNs,案温下，本征载流子的浓度 n=10cm。在P区的推桑沫度为Np=10”cm,N区的浓度Nw=I0”cm,结的横 截南积是10c。 n 17 -3 106cm2 VAB 十=xm】 .5 0 10 15 20 25 )当此器件正向偏置的时候，在x0处的白由电子和空穴的浓度是多少？你可以用短基 区或长基区近似，无论在结的哪一侧，都可以做出适当的估算（不闭用完整的sn 和cs的表达式) )1)如果半导体中的复合过程无任何能量损耗，哪边发光强度更大，为什么？ 一P端 一m端原因： 2)在上面你这择的区域，写出光强的近似表达式。· 表达式：
2/9 页 第一题（36 分） 如下图所示的二级管，不是硅管。少数载流子的寿命是10 -7，电子迁移率 是 3600 ，空穴的迁移率 ，是256cm 2 /V-s，室温下，本征载流子的浓度 ni=10 5 cm -3。在P区的掺杂浓度为Np=10 17 cm -3 ，N区的浓度NDn=10 16 cm -3 .，结的横 截面积是10 -4 cm 2 。 a) 当此器件正向偏置的时候，在x=0处的自由电子和空穴的浓度是多少？你可以用短基 区或长基区近似，无论在结的哪一侧，都可以做出适当的估算（不闭用完整的sin 和cos的表达式） b) 1）如果半导体中的复合过程无任何能量损耗，哪边发光强度更大，为什么？ _______ p-端 _______ n-端 原因： 2）在上面你选择的区域，写出光强的近似表达式。。 表达式：________
问思一下页线 接上页 现在一束能产成10“/ /cm's 空穴电子对的光，盟射在1=或点。照射面积是三角形 e10/ ew's 1,知果将二级管两端缸接，也就是￥=0和么下面各点二级管的电流有多大，如果你 的答案是通过其他方法得出的，请如以解释，答案依据不明确不得分。 (A)X-0 (0X=2.5um (C)X=20um (0X=-1■ 2如第一题所述，在工-2.5um处里射，但把两端点开路，也就是i-0,回答关于V■ 的下列间愿： (A)端电压是正或负，为什么？ V0, vw0为什么： 问愿一下页续 问题一使上页
问题一 下页续 接上页 现在一束能产成 cm s 2 16 10 空穴电子对的光，照射在x =X 点。照射面积是三角形 M= cm s 2 16 10 。 1 .如果将二级管两端短接，也就是VAB=0. 那么下面各点二级管的电流有多大，如果你 的答案是通过其他方法得出的，请加以解释，答案依据不明确不得分。 （A） X=0 iD=__________ (B) X=2.5um iD=__________ (C) X=20um iD=_________ (D) X=-1 um iD=_________ 2 如第一题所述，在X=-2..5 um处照射，但把两端点开路，也就是iD=0 ,回答关于VAB 的下列问题 ： （A）端电压是正或负，为什么？ ____________vAB>0 , ________vAB<0 为什么： 问题一下页续 问题一续上页
(B)端电压是多少？如果保能回答上运第一问，认为存在山，就1给出 你的答案。 va于 (3)如果认为二极管盟射在中点X=0处，如果端点之间连一电阻，有部分光的 能将会转换成电能。这时候二极管作为一个太阳陵电池，最终光能将会转变为 热能《也就是敲电阻吸收)。 ()但如果两端不连接电阻，但又不是让电路开路。这时，光能转换成 电能的都分能量将会发生什么变化？ (B)如果挺接，那部分能量又将会怎样变化1 问题一结束
（B）端电压是多少？如果你能回答上述第一问，认为存在ID ，就ID给出 你的答案。 VAB=_________________ (3)如果认为二极管照射在中点 X=0 处，如果端点之间连一电阻，有部分光的 能将会转换成电能。这时候二极管作为一个太阳能电池，最终光能将会转变为 热能（也就是被电阻吸收）。 （A）但如果两端不连接电阻，但又不是让电路开路。这时，光能转换成 电能的部分能量将会发生什么变化？ （B）如果短接，那部分能量又将会怎样变化？ 问题一结束
问题2(28分) 如下图所示N构道增强型6ET电容器，认为是理是的，平带电压V一0.5N,圆值电压， V+1.0N(当VsO时)，橱极的宽度是1O0un,长度是10um.氧化物的厚度t-50en,电 子迁移率（向相反方向）是1000■/N-s n+ n+ p-Si B (a)如果此暑件在饱和状老下加桶源电压，V+2.0基源电压Y=0此时的耗尽电流1？ I-_ （h)如果此sFET的偏置电压Va-1WY。-OW 1)当加偏置电压的时，此半导体界面的氧化硅的状态？并解释你的结隐 一积累 一—一反行层 2)当偏置时，在基极和儒极间测量出的电容增如了多少？氧化物的介电常数这里取 35x10130u/V-cm Co=
问题 2（28 分） 如下图所示N沟道增强型MOSFET电容器，认为是理想的。平带电压VFB=-0.5V，阈值电压， VT=+1.0V（当VBS=0时）。栅极的宽度是100um，长度是10um。氧化物的厚度to=50nm，电 子迁移率（向相反方向）是1000cm2 /V-s. (a) 如果此器件在饱和状态下加栅源电压。VGS=+2.0 基源电压VBS=0 此时的耗尽电流ID？ ID=_________ (b) 如果此MOSFET的偏置电压 VGS=-1V VBS=0V 1) 当加偏置电压的时，此半导体界面的氧化硅的状态？并解释你的结论 —————积累 ———————耗尽 ——------反行层 2）当偏置时，在基极和栅极间测量出的电容增加了多少？氧化物的介电常数这里取 CGS=_____________
问思2下页铁 间题2续上页 (©)制造商难以控制此SFET氧化物的厚度tO,在生产过程中，例如。to的结果是60加■ 而不是50mn,下列哪个数据将会引起变化？它与正常运行to50n时各参数相比一 样么？ 1)平带电压VB是多少？ VB(to=60nm)大于等于或者小于Vi(t0=50nm》原因： 2)开启电压VT多少？ Y,(to-60nn》时大于、等于或小于%，(to-0n时)原因： 3)在饱和偏置状态下，电流1~10A时的跨导是多少？ 以。(0=0a)是大于小于还是等于易(t0=0 原因： 4)在饱和偏置状态下，衢源电容Cs有什么变化？ Cs(ta=60mn)是大于、等于还是小于Cs(to-50n面 即因： 问题2结束
问题 2 下页续 问题2 续上页 （c）制造商难以控制此MOSFET氧化物的厚度to。在生产过程中，例如，to的结果是60nm 而不是50nm。下列哪个数据将会引起变化？它与正常运行to=50nm时各参数相比一 样么？ 1）平带电压 是多少？ （to=60nm）大于等于或者小于 （to=50nm）原因： 2）开启电压VT多少？ VT（to=60nm）时大于、等于或小于VT（to=50nm时）原因： 3）在饱和偏置状态下，电流ID=10uA时的跨导是多少？ gm（t0=60nm）是大于 小于 还是等于 gm(to=50nm) 原因： 4）在饱和偏置状态下，栅源电容Cgs有什么变化？ Cgs（to=60nm）是大于、等于还是小于 Cgs（to=50nm 原因： 问题2结束
间题3(36分) 如图所示，几个三端的器件（例如：真空三极管，静态感应三极管，场发射器等） 有如下特任： ip(mA) 125 Pa 100 75 -10V 50 25 VGK =-15V 100 200 300 400 VP (Volts) iC■lc(evcK/T-D Ip G (M VPK vCK3/2 G 2mA/V3/2.M-0.05.and lc 105A ()一些具有如上特征的三极管增量横重如下图所示：为每个模型参数写出数学表达 式，并在偏置点估计他们门的值， VcK --4 V.and VPK 160 V Vgk grV pk gfV gk 39 Vpk 表达式 Q点估计值 Brm g■ 问题三下页铁
问题3（36分） 如图所示，几个三端的器件（例如：真空三极管，静态感应三极管，场发射器等） 有如下特征： （a） 一些具有如上特征的三极管增量模型如下图所示：为每个模型参数写出数学表达 式，并在偏置点Q估计他们的值， 表达式 Q点估计值 问题三下页续
问题三续上真 ()为此器件加电阻偏置电路，如下图所示： 9+200V RGI 10k 8-20V I)选择合适的RG和即使其工作在(》部分的偏置点，也就是让 VcK --4 V.and Vpg 160 V RGI = 2)用三个电容器组成的一个电压源Vi和负载电阻R,组成一个如上图所示的电路，并 且构建一个共阴极放大器〔阴极端点用贰来标试)在上述电路图中给出你的答案。 3)在下运空白处，在此放大图工作点(Vc球-：4V.adVp帐-6团V)处. 画出中频带线性等效电路图
问题三续上页 （b） 为此器件加电阻偏置电路，如下图所示： 1) 选择合适的 和 Rp 使其工作在（a）部分的偏置点，也就是让 2) 用三个电容器组成的一个电压源 Vin 和负载电阻 组成一个如上图所示的电路，并 且构建一个共阴极放大器（阴极端点用 K 来标识）在上述电路图中给出你的答案。 RL 3）在下述空白处，在此放大器工作点（ ）处， 画出中频带线性等效电路图
问思3下页铁 问题三续上页 4)计算出此放大器在偏置点处的中颜蒂电压增益A,恒V?,输出电压用R表 示。 问题三结束 考试结束
问题 3 下页续 问题三 续上页 4） 计算出此放大器在偏置点处的中频带电压增益 。输出电压用 表 示。 Av=___________ 问题三结束 考试结束