1/12 姓名： 麻省理工学院 电气工程与计算机系 6.012微电子器件与电路 期末考试 开卷 注意： 1.除半特株说明.仅设室盟下对于Si来说T/c的值为0.025￥，T/g1n10-6说， ni-10cn1.6x 10"Coul. 2.考试的大部份四目军饶够组立解决。 3。所有的密案心须写在卷子上，上交任何其他的容案纸将不计入成绩。 4.可以取合理的近似值和假设。说明且证明这些假定和近似是合理的， .检查试卷共十二(2》虫。确定任试卷演沼空白位置巧上你的名了， 6.可以从2002年1月7日开始在13-3058房间看到期末考试成续. 敦师评分用 弟一图-—一 《30%》 第二恩一一 (25%) 第三题 (20%) 第四卷 (25%) 总分 212
1 / 12 姓名： 麻省理工学院 电气工程与计算机系 6.012 微电子器件与电路 期末考试 开卷 注意: 1. 除非特殊说明,假设室温下对于Si来说KT/q的值为0.025 V, KT/q ln10=60 mV, ni=10 10 cm -3 、q=1.6 x 10-19 Coul。 2. 考试的大部份题目都能够独立解决。 3. 所有的答案必须写在卷子上。上交任何其他的答案纸将不计入成绩。 4. 可以取合理的近似值和假设。说明且证明这些假定和近似是合理的。 5. 检查试卷共十二(12)页，确定在试卷顶部空白位置写上你的名字。 6. 可以从2002年1月7日开始在13-3058房间看到期末考试成绩。 教师评分用 第一题------- （30%） 第二题------- （25%） 第三题------- （20%） 第四题------- （25%） 总分 2/12
第一题(30分)三个铁立的小问题 肤 1)室温下热平衡状态下我流子浓度L。和D分别是多少？ i)被黑射样品的电导率是多少： 是因为 )接个假我烧树的电容器T有佳地膜常个出帝中的他 常数是10F/cn,空温下n,-10cn, 10 em 1o88n3 1)本结构中平带电压V是多少： 第一趣在下页继线 312
第一题（30 分）三个独立的小问题 a)一个独立的1017 cm -3N-型Si样品，1600 cm2/V-s的电子迁移率，600 cm 2 /V-s的空穴迁移率， 少数载流子寿命只有10-5 s，在光照射下，它的表面均一的产生GL电子空穴对/cm3 -s，过剩 空穴数为1018 cm -3 。 i）室温下热平衡状态下载流子浓度no 和 po分别是多少？ no =__________ po=__________ ii）被照射样品的电导率σ是多少？ σ=_____________ iii）n' 和 p'与 GL的关系（近似）并解释。 是因为 b) 这个小问题涉及到的MOS电容器结构在下面有插图说明。在这个电容器中，n+-Si作为金 属门电极。氧化物的厚度是50 nm (5 x 10-6cm) 电介质常数是3.3x10-13F/cm. Si的电介质 常数是10-12 F/cm ，室温下 ni = 1010 cm-3 。 i）本结构中平带电压VFB是多少？ VFB =_________ 第一题在下页继续 3/12
有钢他设万参货5大面在时是发型层开始，市电电压变化A中是多少，学道 中同，中老是的 门+ 31k 30 pF 15k )在这个生路中，中须带电压塔益 Av= i1)这个电路中，心。是多少？ ii1)估计这个电路的0Ⅲ 第一匙结束
继续第一题 ii）在阈值情况下（也就是p-Si表面在x=0时是反型层开始），静电电压变化ΔΦ是多少，穿越 p-型Si的耗尽区有多宽？ ΔΦ=_____________ xDp =_____________ iii)在与ii) 相同的情况下，在n+ -Si中，耗尽区宽度和静电势变化分别是多少？ xDn+ (在n + -Si时)=_____________ ΔΦ (在n + -Si时)=_____________ c）考虑下面给出的电路。在中频带电路起相当于分压器的作用。 i）在这个电路中，中频带电压增益Av = vout/va是多少？ Av =____________ ii）这个电路中,ωLO 是多少？ ω LO =______________ iii）估计这个电路的ωHI 第一题结束
412 第二题(25分) 数品 戏 。B 装资受资股受电集产件程幸他空头生华为 NDE-4NAB-16 NDC wE-wB.wC=2wB.He=2h a()b()e() 所有的都相同()因为： 以套个立连中的个金电时，有装大的小后号电，为什么 a()b()c() 所有的都相同《)因为 第二愿在下页维线
4/12 第二题（25分） 在一个集成电路中，当需要一个二极管时可以用一个晶体管通过适当连接来代替，三极管 发挥着二极管的作用。毕竟晶体管包含2个p-n结，所以作二极管用时npn晶体管至少有五种连接 的方式，下面的是其中的三幅图： 为做出这道题，假设题目中npn双极型晶体管的基区掺杂为集电区的4倍，为发射区的1/4 ， 基区宽度与集电区宽度相同，是集电区的1/2，电子迁移率是空穴迁移率的2倍，也就是： a) i）这些二极管连接中的哪个在反向偏置为1V是具有最大的小的信号耗尽层电容，为什 么？可以多选。 a（ ） b（ ） c（ ） 所有的都相同（ ） 因为： ii）在这三个二极管连接中的哪个在偏置电流ID =1 mA的时，具有最大的小信号电导，为什么？ 可以多选。 a（ ） b（ ） c（ ） 所有的都相同（ ） 因为 第二题在下页继续
缝铁第二愿 5/12 十尚的品电数与女良他果时：盔西传与有酒度选山e connection b:p'. ,个的小信号扩散电值最小，为什么 间题2下一页继续 6/12
5/12 继续第二题 b) i）当二极管加上一个正向偏置VAB=0.6V时，在下面提供的轴上，分别画出三中连接a,b,c 情况下的过剩电荷数与发射区和集电区位置的函数曲线。所有图均采用相同的刻度。 ii)正向偏置为0.6V时，a,b,c三中连接中，哪个的小信号扩散电容值最小，为什么？ a( ) b( ) c( ) 三个相同（ ） 因为： 问题2下一页继续 6/12
与VB关系可以表述为： -6e 螂二愿结来
问题2继续 c) 对下面的双极型晶体管，采用c连接方式时，用Ebers-Moll模型说明iD 与VAB关系可以表述为： 同时用Ebers-Moll模型参数，推出c连接方式时的IDS的表达式。 IDS=__________________ 第二题结束 7/12
它分为治个T是一个有三个结子们反，怎强和蛋程的活益位是华你。 第三题(20分) n-channel:” 停去阳红日权。包是它的体子特性有售不同”一图建致一适酒你E的 。在所有的条件下月 这里=025v-05vA-0IyA=2xi0A8i0AW 知架养纤，行级aL.m时.”道运阿价金击将挂（年v的关系 ip(mA) Vos (V) 第三题下页缝
第三题（20分） 如下边的符号所述，一个SATFET是一个有三个端子（门极，源极和漏极）的场效应晶体管， 它分为n-通道和p-通道两种。 一个SATFET和MOSFET相似，但是它们的端子特性有些不同。n-通道或p-通道的SATFETsA的 静态特性如下： n-通道： iG=0 在所有的条件下： p-通道： ig=0 在所有的条件下： 这里 在0〈VDS<2V时,当VGS=0,0.5,0.75和1.0V时, n-通道SATFET的输出特性（如iD和VDS的关系） 如下所示.在下图中λ近似为0. 指出“正向工作区”的范围 ,即在线性放大应用中使用这个器件时,首选的偏置范围是什 么？ 第三题下页继续
8/12 接上面边的空台，一个S反相器，可以防5反相的法 20 VoUT (V) 站w(M 品地地的流的并指接修售瘦修高米炮阳反相器的传输特性。板浸经供 g+ d Vgs g gmVgs go Vds 1)拾入电导，g:: i)跨，8
8/12 接上问题 3 b) i)在下面左边的空白处，画一个 SATFET 反相器，可以仿照 CMOS 反相器的画法。 ii)在上面的右边的坐标上绘出你在上面左边画出的 SATFET 反相器的传输特性。假设提供 的电源电压是 2V，并且 λ 近似为 0（仅适用于本处）。 C）下图给出了这个器件的可能的线性等效电路。找到当偏置点VGS>VT 并且VDS>VSat 时的gi, gm ,go的表达式。用近似静态电流的形式写出你的表达式 。 i) 输入电导，gi ： gi=______________ ii) 跨导，gm : gm=__________
问题三在下一页中继铁 12 。总价问题涉及开落时中质带你SAET的电塔益A一以皮E是怎样值置电流肤 推导STT的小信号中电压增益A与漏极电流的函数关系， 1)用不多于25个单词米比较一下0SFET和BT的特点
问题三在下一页中继续 9/12 问题三继续 iii) 输出电导，go: go=______________ c) 这个问题涉及到开路时中频带的SATFET的电压增益，AVOC，以及它是怎样由偏置电流所决 定的。 i) 推导SATFET的小信号中频电压增益AVOC与漏极电流的函数关系。 ii) 用不多于 25 个单词来比较一下 MOSFET 和 BJT 的特点
向题3结束 10/12 愿女(25分的 东查大合的种致大是中华见板食视园收的的板金园的露 5v >BL=3 k2 乏RL=3k 袋：n胸边M0sFFT,K=2x10A/,V,=1VV,1=2DV Ve 月意4在下页继续
问题 3 结束 10/12 问题 4-（25 分） 下面的图中在一个微分放大器中使用了三个相同的 n 沟道 MOSFET 和两个相同的 pnp 型 BJT。在微分放大器的每边都是一个共基极放大电路，电子管的参数特性在下面的电路 中列出来了。 特性：n沟道MOSFET： npn 型 BJT :β=100,VBE 0.6V, |Va|=100V. a) 当两个输入为 0 时（VIN1=VIN2=0）决定静态电流和电压。指定单位： i) ID3(=ID4) ID3= ii) VOUT1(=VOUT2) VOUT1= iii) Vc Vc= 问题 4 在下页继续