2011年清华半导体物理器件集成电路 考研真题

2011年清华大学研究生入学考试 半导体物理、器件及集成电路试题

150分，180分钟 （请将答案写在答题纸上）

一、 图示比较BJT和MOSFET饱和区，解释其产生物理机制

二、 （15分）列举MOSFET由于尺寸缩小引起的四种非理想效应，简要说明其产生的物理机制及对晶体管电学特性的影响

三、 （10分）考虑一个npn硅双极性晶体管，T=300K，参数如下：

NE?1018cm-3，NB?1016cm-3，DE?10cm2/s，DB?25cm2/s，

?B0??E0?10-7s，xE?1?m,xB?0.7?m。已知复合系数为1，求共基

极电流增益?、共发射极电流增益?。

四、 （15分）n+多晶硅P型MOSFET，空穴浓度NA?3?1016cm-3，氧化层电荷Qss'=1011cm-2，氧化层厚度为tox?0.05?m，相对介电常数为?ox?3.9，?s?11.7，?0?8.85?10-14F/cm，室温下

ni?1.5?1010/cm3 ，Vt?k0T?0.0259V。求以下三种情况的阈值电q压：（a）VBS?0V；（b）VBS?2V；（c）VBS?-2V

五、（15分）均匀的n型Si样品，在左半部用稳定的光照均匀产生电子空穴对，产生率为g0，若样品足够长，求稳态时样品两边的空穴浓度分布。(已知p0、?p0、Lp)

六、（15分）n+多晶硅P型mos系统，空穴浓度NA?3?1016cm-3，氧化层电荷Qss'=1011cm-2，相对介电常数为?ox?3.9，?s?11.7，

?0?8.85?10-14F/cm，室温下ni?1.5?1010/cm3 ，Vt?k0T?0.0259V。若q测得阈值电压为Vt0?0.65V，求氧化层厚度tox

七、有一种硅材料形成的n+n结，n+区掺杂浓度为5*1018 cm-3，n区掺杂浓度为5*1014 cm-3。 1、定性画出能带图； 2、定性画出载流子分布； 3、求接触电势差。

八、下图为理想MIS结构的在不同栅电压VG下的电荷分布，由图判断：（1）半导体类型（2）两图中的MIS结构分别处于什么状态？

九、

在图3中，假设所有NMOS器件的衬底均接地，电源电压为2.5V。 设输入 IN 的摆幅为 0V 至 2.5V，NMOS管的VT0 = 0.54V，|ΦF|＝0.32V。考虑静态情形，并忽略寄生电容。

（1）设衬偏系数γ=0，晶体管M2工作在什么模式（线性？饱和？截止？）

（2）设衬偏系数γ=0，当IN = 0V 时，OUT = ? （3）设衬偏系数γ=0.5，求节点X 处的电压。

十、

电路如图所示，Cx?50fF，Mr有W/L=0.375/0.375，Mn有W/Leff=0.375/0.25。并假设输出反相器在输入没有达到VDD/2之前不会翻转

a. 如果In的电压0V，B点电压2.5V，Mn把X点电压从2.5V拉到1.25V需要多少时间？

b. 如果In的电压2.5V，B点电压2.5V，Mn把X点电压从0V拉到1.25V需要多少时间？

c. In的电压是0V时，如果要把Vx从2.5V拉到1.25V，VB的电压最小是多少？

十一、

如下图，所有的门均为CMOS静态对称逻辑门，kn’=2kp’ 。 门A每个输入端的电容为 8，门X每个输入端的电容为X， 门Y每个输入端的电容为Y，负载电容为CL = 45。 求使从Cin至Cout的延时最短时，各个逻辑门输入端的电容之比， 即 8：X ：Y

十二、

（15 分） 下图给出了一个宽带放大器的电路图，其中各个晶体管均工作于饱和区，它们具有相同的沟道长度，且跨导效率均为 g m /I D =10V -1，特征频率均为 f T =10GHz。各晶体管沟道宽度之间的关系为: W2=8W1、W3=2W1。若忽略晶体管的沟道长度调制效应、衬底调制效应和除 C gs 之外的所有晶体管电容，v i 是一个小信号电源，静态工作点时可认为短路，C F是一个足够大的滤波电容，试回答如下问题：

a)计算该放大器的低频小信号增益； b)计算该电路的-3dB 带宽； c)电容C F的作用是什么？

十三、

一个基本两级OTA的差模半边电路可等效为如图所示的行为级模型，其中Gm1?0.5mS,Gm2?2mSRo1?200K?，Ro2?100K?,

C1?0.1pF，C2?8pF。若采用该OTA构成一个负反馈放大器，反馈网

络所提供的反馈系数为f=0.5并且不会对OTA造成负载效应，试回答如下问题：

（1） 采用负载补偿方案，使得环路增益的相位裕度达到72o,计算所

需的负载补偿电容CL及闭环-3dB带宽

（2） 采用Miller补偿方案，在第二级的输入端和输出端之间并联补

偿电容Cc,使得环路增益的相位裕度达到72o,计算所需的补偿电容Cc及闭环-3dB带宽

（3） 为了消除Miller补偿所引入的右半平面零点，新插入一个电阻

Rz与补偿电容Cc串联，计算完全消除右半平面零点影响时电阻Rz的值

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