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1、5-5 MOSFET基本原理,5-5-1 基本特性 5-5-2 MOSFET的线性压5-5-3 线性区电流讨论,5-5-1 基本特性,1.偏置：当栅极无外加偏压时源到漏栅电极之间可视为两个背对背相接的PN结，而由源极流向漏极的电流有反向漏电流。当外加一足够大的正电压于栅极上时，MOS结构均将被反型，以致形成沟道（反型层建立）源栅和漏栅通过栅级电压的变化来加以调节。,5-5-1 基本特性,2.沟道在VD,VG作用下变化情况 栅及施加一偏压，并使半导体表面反型,若在漏极加一小电压,电子将会由原极经沟道流向漏极(电流由漏流),5-5-1 基本特性,沟道的作用如同电阻如图所示：VGVT,ID与VD呈线
2、性,耗尽层,5-5-1 基本特性,当漏极电压持续增加，达到VDSST，导电沟道从O-L逐渐变窄，到yL处，沟道宽度减小至零这种现象为沟道夹断，沟道夹断发生的点为夹断点，此时电压为VDSST。,P点,5-5-1 基本特性,夹断之后，ID基本不变，当VDVDSST时,夹断点左移,但夹断电压保持不变,从漏到源的ID不变,主要变化就是L的缩短,即L=L,5-5-1 基本特性,L,5-5-2线性区,1.线性区的假设主要假设(1)忽略源极和漏极体电阻和电极接触电阻(2)沟道掺杂均匀(3)载流子在反型层中的迁移率为固定值(4)仅考虑源场电流(5)长沟道近似和渐进沟道近似，垂直电场和水平电场互相独立,5-5-
3、2线性压,x-垂直反型层均匀的电场可看作 y-产生漏源电流内在电势可写作：,5-5-2线性区,2.线性区的电流公式：,5-5-2线性区,y=0y=LV=0 V=VD,5-5-3 线性区电流讨论,1.耗尽层宽度与体电荷QB在临界反型之前，耗尽层的宽度xdm最大由xdm所对应的体电荷QB,5-5-3 线性区电流讨论,2.QB与沟道电压有关，有影响代入电流式，然后积分,原始电流式，非消化式,5-5-3 线性区电流讨论,3.电流式比较由图说明简与非简是有区别的简化对电流设计应用方便对线性区的电流进行对比在MOS工作的线性区，简与非简式渐靠近简化电流较偏大，电压值较地靠非正饱和区差距过大简化式对电流设计
4、应用方便,非简,复习思考题,第一章1试画出金属及半导体相对真空能级的能带图，并标出有关电势符号加以说明？2当金属半导体紧密接触以后，如何建立统一的费米能级Ef？说明bms的物理意义是什么？3什么是“肖特基势垒”？写出其表达式？它是对什么区域电子而言？4金属半导体结的正偏如何？5金属半导体结的反偏特性如何？6肖特基势垒qb是金半结什么偏置下建立的？,11写出金半的正偏、反偏及总的电流表达式？12什么是SBD二极管？有何特点？举例IC及高频方面的应用？13什么是欧姆接触（非整流的MS结）？14画出N型半导体或P型半导体形成欧姆接触能带图，并作说明。15为什么说实际欧姆接触仅是一种近似？电流机制是什
5、么？16获得良好的欧姆接触的工艺措施是什么？17SBD二极管“周边效应”有何影响？18 SBD二极管的改进结构如何？,第二章1什么是PN结？什么是平衡PN结？2画出平衡PN结的能带图，并说明PN结平衡的标志是什么？3平衡结的空间电荷区是如何建立的，作图说明。4作图说明PN结空间电荷区中的电荷分布情况。5泊松方程是描述什么情况？6PN结P型中性区和N型中性区中的电势表达式如何？7试推导平衡PN结的自建电势0表达式。8什么叫单边突变结？什么样的结可作单边突变结近似？9何为“耗尽近似”？写出“耗尽近似”下的PN结中性区的泊松方程。10试证明单边突变结的势垒区最大电场式。,11试证明单边结势垒区的电子
6、电势能表达式。12关于非平衡结.14试作图说明外加电压对费米能级的影响。,17试写出平衡结边界上少子浓度表达式。18证明非平衡结正偏小注入条件下少子浓度表达式。19画出正偏PN结少子注入分布图象并作说明。20试从空穴（少子）的扩散方程推导正偏下的空穴电流式。21推导电流公式时采用了哪些假设条件？22PN结的电流中少子电流于多子电流是如何转换的？23试画出PN电流的分布图象（包括少子与多子的电流）？24试画出PN结的IV曲线，并从电流式进行说明？,26试从PN结正偏电压大小(即电流水平高低)分析IV曲线.27重掺杂的PN结PN结能带有何影响?28隧道结的高掺杂区的杂质浓度在什么水平?29试说明隧
7、道二极管的IV曲线特征是什么?30图为隧道二极管IV曲线,试分别说明图中A-G各点原因是什么?(画能带图)32PN势垒电容的含义是什么?,33什么是PN结击穿？PN结击穿时均发生烧毁吗？34试说明PN结的“齐纳击穿”机理？35什么是PN结的雪崩击穿？36反偏PN结中载流子“倍增效因”是什么意思？37“电离率”如何定义？38“雪崩击穿”与“齐纳击穿”有何区别？39写出PN结的雪崩击穿和掺杂浓度或杂质梯度的关系式，并说明改善的措施是什么？,第三章1什么是“本征吸收”，作图说明？2简述光生伏特效应的过程？3光电池的开路电压是怎样产生的？4试画出光生伏特效应过程的能带图？5光照能使PN结的平衡Ef发生
8、变化吗？为什么？6试说明光伏效应的光电流及结电流？7试推导太阳电池的开路电压表达式。8太阳电池的输出功率与衬底浓度有关吗？有何关系？9从太阳电池的IV曲线说明“短路电流”、“开路电压”，最大输出功率矩形对应的Imp和Vmp？10太阳电池串联电阻影响如何改进？,11什么是电致发光？并说明PN结电致发光的过程？（用能带图）12写出电流注入效应表达式，并说明各项含义？13为什么在电流注入效率式中，分子仅为In？14为什么对电致发光有主要贡献的是电子扩散电流？15电注入少子的复合途径有那些？写出其复合速率式？16试用能带图表示复合途径，并说明那些有辐射作用？17什么是辐射效率？写出其表达式？18什么是
9、内量子效应？与那些因素有关？19什么是外量子效应？与那些因素有关？20提高est的主要办法有那些？为什么？21发光管设计中对结深xj有何要求？,结型场效应晶体管（思考题）1结型场效应晶体管结构如何？与双极型晶体管有何区别？2试从JFET和PNP二种晶体管特性曲线说明二者主要区别是什么？（为什么说JEFT是电压控制器件?）3试分别说明JEFT的漏电压和栅电压对沟道的调制作用如何？4什么是JEFT的夹断电压？5右图为VGS0的I-V曲线，试分别说明OA,AB,BC三段曲线。6试说明JEFT的工作原理。,16什么是沟道长度调制效应？17JEFT的饱和区电流在实际上并不饱和，为什么？18作图说明：VD
10、-L-LG0ID（饱和区），并说明夹断后饱和电流如何修正？,第五章2试说明N沟MOS晶体管的工作原理？3为简化讨论，理想MOS的假设包括那些？4外加电压在MOS三层结构中分布如何？作图说明？5外加电压在深入半导体表面层产生的电场有何影响？6什么情况属于半导体表面的载流子积累态？（从浓度公式说明）7发生积累态时，半导体能带如何？8什么情况属于半导体表面的载流子耗尽态？9发生耗尽态时，半导体能带如何？10什么情况属于半导体表面的载流子反型态？,11发生反型态时，半导体能带如何？13什么是感生PN结？它与MOS管有何关系？14什么是弱反型及强反型？强反型条件是什么？15试说明强反型的“临界条件”为什
11、么是Si2f？16强反型时空间电荷区如何？（Xdm）,24试说明半导体表面在积累态时CV曲线？25试说明半导体表面在耗尽态时CV曲线？26试说明半导体表面在强反型态时CV曲线？27试说明MOS的CV曲线在VG0时情况？28理想MOS晶体管的阈值电压如何？30理想MOS管的“平带”条件是什么？31金半功函数差对MOS结构的CV曲线有何影响？32MOS结构中金半功函数为什么可看作“寄生电场”？33MOS的绝缘栅（SiO2）中有那些正电荷？34MOS的绝缘栅（SiO2）中的正电荷对MOS的CV曲线有何影响？,37理想MOS结构的阈值电压物理意义是什么？38非理想MOS结构的阈值电压物理意义是什么？4
12、0试比较MOS管与JFET两者之间在结构上有何相似之处？41试说明MOS管与JFET两者之间在结构上有何不同？,42试说明MOS管与JFET两者在IV曲线上有何相似？43试说明MOS管与JFET两者在IV曲线上有何不同？44对于JFET的“内夹断电压”，说明MOS的夹断电压？45MOS管的开启电压是指什么？46试用MOS管图解说明VTH作用？（分理想与实际）47在SiO2中有那些正电荷？,66从VDID关系讨论饱和区电流。67从MOS有效沟长调制说明IDS随VDS增加而增大原因？,57思考题1试说明双极管结构特点？2试从双极管简化模型说明其偏置情况？4试画出正常偏置时能带情况？5试说明双极管的“注入效应”与“收集效应“？6双极管中注入与收集同时起作用的条件是如何？10从双极与MOS对比说明为何双极是电流器件，MOS是电压器件？,
