1、5-5 MOSFET基本原理n5-5-1 基本特性 n5-5-2 MOSFET的線性壓n5-5-3 線性區電流討論 5-5-1 基本特性1.偏置：n當柵極無外加偏壓時源到漏柵電極之間可視為兩個背對背相接的PN結，而由源極流向漏極的電流有反向漏電流。n當外加一足夠大的正電壓于柵極上時，MOS結構均將被反型，以致形成溝道（反型層建立）源柵和漏柵通過柵級電壓的變化來加以調節。5-5-1 基本特性2 .溝道在VD,VG作用下變化情況n 柵及施加一偏壓，并使半導體表面反型, 若在漏極加一小電壓, 電子將會由原極經溝道流向漏極(電流由漏流)5-5-1 基本特性n溝道的作用如同電阻n如圖所示： VGVTnI

2、D與VD呈線性 耗盡層IDVD5-5-1 基本特性n當漏極電壓持續增加，達到VDSST ，導電溝道從O-L逐漸變窄，到yL處，溝道寬度減小至零這種現象為溝道夾斷，溝道夾斷發生的點為夾斷點，此時電壓為VDSST。 P點IDSSTVDSST5-5-1 基本特性n夾斷之后，ID基本不變，當VDVDSST時,夾斷點左移,但夾斷電壓保持不變,從漏到源的ID不變,主要變化就是L的縮短,即L=L5-5-1 基本特性L5-5-2線性區 n1.線性區的假設n主要假設n(1)忽略源極和漏極體電阻和電極接觸電阻n(2)溝道摻雜均勻n(3)載流子在反型層中的遷移率為固定值n(4)僅考慮源場電流n(5)長溝道近似和漸進

3、溝道近似，垂直電場和水平電場互相獨立 5-5-2線性壓 x-垂直反型層n均勻的電場可看作 y-產生漏源電流n內在電勢可寫作： tniQLZg)(0VVVCQTHGt5-5-2線性區2.線性區的電流公式： yInDQZI代入上式dydVydVVVVCZdyITHGVnLDD)(0005-5-2線性區ny=0y=LnV=0 V=VD21)(20DSDSTHGnDVVVVLZCI5-5-3 線性區電流討論1.耗盡層寬度與體電荷QBn在臨界反型之前，耗盡層的寬度xdm最大n由xdm所對應的體電荷QBasidmqNkEx02siaasiadmaBNkEqNkEqNxqNQ00225-5-3 線性區電流討

4、論2.QB與溝道電壓有關，有影響代入電流式，然后積分yDTHGnDVVVCZI)(00000002CQCQCQCQVBfmsBsimsTH)(232)2(232300000sisiDaDDsimsGnDVCNqkEVVCQVLZCI原始電流式，非消化式5-5-3 線性區電流討論3.電流式比較由圖說明簡與非簡是有區別的簡化對電流設計應用方便對線性區的電流進行對比在MOS工作的線性區，簡與非簡式漸靠近簡化電流較偏大，電壓值較地靠非正飽和區差距過大簡化式對電流設計應用方便非簡簡簡非簡復習思考題n第一章n1試畫出金屬及半導體相對真空能級的能帶圖，并標出有關電勢符號加以說明？n2當金屬半導體緊密接觸以后

5、，如何建立統一的費米能級Ef？n 說明bms的物理意義是什么？n3什么是“肖特基勢壘”？寫出其表達式？它是對什么區域電子而言？n4金屬半導體結的正偏如何？n5金屬半導體結的反偏特性如何？n6肖特基勢壘qb是金半結什么偏置下建立的？n11寫出金半的正偏、反偏及總的電流表達式？n12什么是SBD二極管？有何特點？舉例IC及高頻方面的應用？n13什么是歐姆接觸（非整流的MS結）？n14畫出N型半導體或P型半導體形成歐姆接觸能帶圖，并作說明。n15為什么說實際歐姆接觸僅是一種近似？電流機制是什么？n16獲得良好的歐姆接觸的工藝措施是什么？n17SBD二極管“周邊效應”有何影響？n18 SBD二極管的改

6、進結構如何？n第二章n1什么是PN結？什么是平衡PN結？n2畫出平衡PN結的能帶圖，并說明PN結平衡的標志是什么？n3平衡結的空間電荷區是如何建立的，作圖說明。n4作圖說明PN結空間電荷區中的電荷分布情況。n5泊松方程是描述什么情況？n6PN結P型中性區和N型中性區中的電勢表達式如何？n7試推導平衡PN結的自建電勢0表達式。n8什么叫單邊突變結？什么樣的結可作單邊突變結近似？n9何為“耗盡近似”？寫出“耗盡近似”下的PN結中性區的泊松方程。n10試證明單邊突變結的勢壘區最大電場式。n11試證明單邊結勢壘區的電子電勢能表達式。n12關于非平衡結.n14試作圖說明外加電壓對費米能級的影響。n17試

7、寫出平衡結邊界上少子濃度表達式。n18證明非平衡結正偏小注入條件下少子濃度表達式。n19畫出正偏PN結少子注入分布圖象并作說明。n20試從空穴（少子）的擴散方程推導正偏下的空穴電流式。n21推導電流公式時采用了哪些假設條件？n22PN結的電流中少子電流于多子電流是如何轉換的？n23試畫出PN電流的分布圖象（包括少子與多子的電流）？n24試畫出PN結的IV曲線，并從電流式進行說明？n26試從PN結正偏電壓大小(即電流水平高低)分析IV曲線.n27重摻雜的PN結PN結能帶有何影響?n28隧道結的高摻雜區的雜質濃度在什么水平?n29試說明隧道二極管的IV曲線特征是什么?n30圖為隧道二極管IV曲線,

8、試分別說明圖中nA-G各點原因是什么?(畫能帶圖)n32PN勢壘電容的含義是什么?n33什么是PN結擊穿？PN結擊穿時均發生燒毀嗎？n34試說明PN結的“齊納擊穿”機理？n35什么是PN結的雪崩擊穿？n36反偏PN結中載流子“倍增效因”是什么意思？n37“電離率”如何定義？n38“雪崩擊穿”與“齊納擊穿”有何區別？n39寫出PN結的雪崩擊穿和摻雜濃度或雜質梯度的關系式，并說明改善的措施是什么？n第三章n1什么是“本征吸收”，作圖說明？n2簡述光生伏特效應的過程？n3光電池的開路電壓是怎樣產生的？n4試畫出光生伏特效應過程的能帶圖？n5光照能使PN結的平衡Ef發生變化嗎？為什么？n6試說明光伏效

9、應的光電流及結電流？n7試推導太陽電池的開路電壓表達式。n8太陽電池的輸出功率與襯底濃度有關嗎？有何關系？n9從太陽電池的IV曲線說明“短路電流”、“開路電壓”，最大輸出功率矩形對應的Imp和Vmp？n10太陽電池串聯電阻影響如何改進？n11什么是電致發光？并說明PN結電致發光的過程？（用能帶圖）n12寫出電流注入效應表達式，并說明各項含義？n13為什么在電流注入效率式中，分子僅為In？n14為什么對電致發光有主要貢獻的是電子擴散電流？n15電注入少子的復合途徑有那些？寫出其復合速率式？n16試用能帶圖表示復合途徑，并說明那些有輻射作用？n17什么是輻射效率？寫出其表達式？n18什么是內量子效

10、應？與那些因素有關？n19什么是外量子效應？與那些因素有關？n20提高est的主要辦法有那些？為什么？n21發光管設計中對結深xj有何要求？n結型場效應晶體管（思考題）n1結型場效應晶體管結構如何？與雙極型晶體管有何區別？n2試從JFET和PNP二種晶體管特性曲線說明二者主要區別是什么？（為什么說JEFT是電壓控制器件?）n3試分別說明JEFT的漏電壓和柵電壓對溝道的調制作用如何？n4什么是JEFT的夾斷電壓？n5右圖為VGS0的I-V曲線，試分別說明OA,AB,BC三段曲線。n6試說明JEFT的工作原理。n16什么是溝道長度調制效應？n17JEFT的飽和區電流在實際上并不飽和，為什么？n18

11、作圖說明：VD -L-LG0ID （飽和區），并說明夾斷后飽和電流如何修正？n第五章n2試說明N溝MOS晶體管的工作原理？n3為簡化討論，理想MOS的假設包括那些？n4外加電壓在MOS三層結構中分布如何？作圖說明？n5外加電壓在深入半導體表面層產生的電場有何影響？n6什么情況屬于半導體表面的載流子積累態？（從濃度公式說明）n7發生積累態時，半導體能帶如何？n8什么情況屬于半導體表面的載流子耗盡態？n9發生耗盡態時，半導體能帶如何？n10什么情況屬于半導體表面的載流子反型態？n11發生反型態時，半導體能帶如何？n13什么是感生PN結？它與MOS管有何關系？n14什么是弱反型及強反型？強反型條件是

12、什么？n15試說明強反型的“臨界條件”為什么是Si2f？n16強反型時空間電荷區如何？（Xdm）n24試說明半導體表面在積累態時CV曲線？n25試說明半導體表面在耗盡態時CV曲線？n26試說明半導體表面在強反型態時CV曲線？n27試說明MOS的CV曲線在VG0時情況？n28理想MOS晶體管的閾值電壓如何？n30理想MOS管的“平帶”條件是什么？n31金半功函數差對MOS結構的CV曲線有何影響？n32MOS結構中金半功函數為什么可看作“寄生電場”？n33MOS的絕緣柵（SiO2）中有那些正電荷？n34MOS的絕緣柵（SiO2）中的正電荷對MOS的CV曲線有何影響？n37理想MOS結構的閾值電壓物理意義是什么？n38非理想MOS結構的閾值電壓物理意義是什么？n40試比較MOS管與JFET兩者之間在結構上有何相似之處？n41試說明MOS管與JFET兩者之間在結構上有何不同？n42試說明MOS管與JFET兩者在IV曲線上有何相似？n43試說明MOS管與JFET兩者在IV曲線上有何不同？n44對于JFET的“內夾斷電壓”，說明MOS的夾斷電壓？n45MOS管的開啟電壓是指什么？n46試用MOS管圖解說明VTH作用？（分理想