第六章 MOSFET 及相关器件exercises.doc

习题

6.1 MOS二极管
1. 试画出VG＝VT时，n衬底的理想MOS二权管的能带图．
2．试画出VG＝0时，p衬底的n+多晶硅栅极MOS二极管的能带图．
3．试画出p衬底于平带条件下，n+多晶硅栅极MOS二极管的能带图．
4．请画出于反型时，n衬底的理想MOS二权管的(a)电荷分布、(b)电场分布以及(c)电势分布．
5．一NA＝5×1016 cm-3的金属-SiO2-Si电容器，请计算表面耗尽区的最大宽度．
6．一NA＝5×1016cm-3以及d＝8nm的金属-SiO2-Si电容器，请计算C-V图中最小的电容值.
*7．一理想-SiO2-Si MOS二极管的d＝5nm，NA＝1017cm-3，试找出使硅表面变为本征硅所需的外如偏压以及在界面处的电场强度．
8．一理想-SiO2-Si MOS的d＝10nm，NA＝5×1016 cm-3，试找出使界面强反型所需的
外加偏压以及在界面处的电场强度．
*9．假设氧化层中的氧化层陷阱电荷Qot有均匀的单位体积电荷密度体ρot（y）＝q×1017 cm-3，其中y为电荷所在的位置与金属-氧化层界面间的距离，氧化层的厚度为10nm，试计算因Qot所造成的平带电压的变化．
10．假设氧化层中的氧化层陷阱电荷Qot，为薄电荷层，且其在y＝5nm处的面密度为5×1011 cm-3，氧化层的厚度为10nm。试计算因Qot所导致的平带电压变化。
11．假设氧化层中的氧化层陷阱电荷呈三角形分布，ρot (y)＝q×5×1023×y(cm-3)，氧化层的厚度为10nm。试计算因Qot所导致的平带电压变化．
12．假设原先有一薄片可动离子层位于金属-SiO2的界面，在经过长时间高正电压应力及高温条件之后，可移动离子全部漂移至SiO2-Si的界面处，并造成平带电压有0.3V的变化．氧化层的厚度为10nm，请找出Qm的面密度．

6.2 MOSFET基本原理

13．假设VD《(VG—VT)，试推导式(34)与式(35)．
*14．当漏权与栅极连接，且源极与衬底均接地的条件下，试推导MOSFET的I-V特性．能否由这些特性得出其阈值电压值?
15．若一长沟道MOSFET的L＝1µm，Z＝10µm，NA＝5×1016 cm-3，µn＝800cm2／(V·s)，C。＝3.45×10-7F／cm2，VT＝0.7V，试找出于VG=5V时的VDsat与IDsat．
16．若一亚微米MOSFET的L＝0．25µm，Z＝5µm，NA＝1017cm-3，µn＝500cm2／(V·s)，C。＝3.45×10-7F／cm2，VT＝0.5V，试找出在VG＝1V与VD=0.1V时的沟道电导．
17．针对习题16中的器件，试找出其跨导．
18．一n沟道的n＋多晶硅-SiO2-Si MOSFET，其NA＝1017cm-3，Qf／q＝5×1010cm-2，d＝10nm，试计算其阈值电压．
19．针对习题18中的器件，硼离子注入使闻值电压增加至十0.7V，假设注入的离子在SiO2-Si的界面处形成一薄片负电荷，请计算注入的剂量．
20．一p沟道的n＋多晶硅-SiO2-Si MOSFET，其ND＝1017cm-3，Qf／q＝5×1010cm-2，d＝10nm，试计算其阈值电压．
21．针对习题20中的器件，硼离子注入使闽值电压减少至0.7V，假设注入的离子在SiO2-Si的界面处形成一薄片负电荷；清计算注入的剂量．
22．针对习题20中的器件,假如n+多晶硅栅极更换为p+多晶硅栅极，则阈值电压将会如何变化?
23．一结构如本章图5.21的场效应晶体管，其NA＝1017cm-3，Q／q＝1011cm-2，且以n+多晶硅局部连线作为其栅极．假如需要充分地隔绝器件，并使其VT＞20V，试计算所需的最小氧化层厚度．
24．一MOSFET的阈值电压VT＝0.5V，亚阈值摆幅为100mV／decade，且在VT时漏极电流为0.1µA．请问于VG＝0时的亚阈值漏电流为多少?
25．针对习题24中的器件，试计算使渴极电流降低1个数量级所需的衬底-源极反向电压．(NA＝5×1017cm-3，d=5nm)

6.3 MOSFET按比例缩小

26．基于恒定电场按比例缩小的条件下，当MOSFET的线性尺寸的按比例缩小因子为10时，其相对应的开关能量的按比例缩小因子为多少?
*27．基于图5.24的电荷共享模型，试证明式(47)所提到的阈值电压下跌．

6.4 CMOS与双极型CMOS(BiCMOS)

28．试描述双极型CMOS的优缺点．

6.5 绝缘层上MOSFET(SOI)

29．对一NA＝5×1017cm-3且d＝4nm的n沟道FD-SOI器件，试计算所允许的最大硅基沟造层(dsi)的厚度．
30．一n沟道SOI器件的多晶硅栅极的NA＝5×1017cm-3，d＝4nm且dsi＝30nm，试计摔其阈值电压．假设Qf、Qot及Qm均为0．
31并针对习题29中的器件，假如晶片上dsi厚度的变化量为土5nm，试计算VT分布的范围．

6.6 MOS存储器结构

32．假如在1µm×1µm的平面上，氧化层厚度为10nm，DRAM电容器的电容值为多少?假如在同样的面积上，使用7µm深的沟槽及相同的氧化层厚度，计算其电容值为多少?
33．一DRAM必须工作在最短更新时间为4ms的条件之下，每个存储单元的储存电容器的电容位为50fF，且可完全充电至5V．试计算最差情况下，动态节点可忍受的漏电流(即在更新周期中，有50％的储存电荷漏失)．
34．一浮栅极存储器的初始阈值电压为-2V，且在栅极电压为-5V时的线性区漏极电导为10µS．经过写入的操作之后，在同样栅极电压下的漏极电导增加为40µS，请找出阈值电压的漂移量．

6.7 功率MOSFET

35．一功率MOSFET有一n+多晶硅栅极及NA＝1017cm-3的p型基极，栅极氧化层厚d＝100nm.试计算其阈值电压．
36．对于习题35的器件而言，试计算密度为5×1011cm-3的正固定电荷对阈值电压的影响．