《MOSFET基本原理》PPT课件.ppt

5 5MOSFET基本原理 5 5 1基本特性5 5 2MOSFET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 VG VT ID与VD呈线性 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y L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VD VDSST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 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 0 y 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 b m s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q b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 18SBD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I V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I V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试说明隧道二极管的I V曲线特征是什么 30图为隧道二极管I V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VGS 0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 L L G0 ID 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 为什么是 Si 2 f 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C V曲线 25试说明半导体表面在耗尽态时C V曲线 26试说明半导体表面在强反型态时C V曲线 27试说明MOS的C V曲线在VG 0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C V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C V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 40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I V曲线上有何相似 43试说明MOS管与JFET两者在I V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VD ID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 5 7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