第一章 p n結(jié) 1.1 p-n結(jié)的形成及平衡狀態(tài) 1.2 直流特性 1.3 空間電荷區(qū)和勢壘電容 1.4 交流小訊號特性 1.5 p-n結(jié)擊穿1公開課第一章 p-n結(jié) 概念和定義原理機理機制過程分析計算方法p-n結(jié),形成,平衡狀態(tài),雜質(zhì)分布:突變結(jié),緩變結(jié);空間電荷區(qū):電場,電勢,載流子濃度,空間電荷區(qū)寬度;正向、反向p-n結(jié);正向閾值電壓;耗盡層近似;勢壘電容;變?nèi)荻O管;擴散電容;p-n結(jié)擊穿:定義,分類,碰撞電離率,倍增因子p-n結(jié)電流成分轉(zhuǎn)換;正向I-V特性的討論;大注入效應(yīng);p-n結(jié)擊穿:電擊穿,熱擊穿,雪崩擊穿,隧道擊穿;擊穿電壓影響因素及措施:球、柱、平面結(jié),磨角勢壘高度;正向電流公式;邊界載流子濃度;實際擴散結(jié)勢壘電容計算,查表;交流小信號特性分析方法,特性方程;雪崩擊穿條件2公開課第二章 雙極型晶體管的直流特性 2.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)分布 2.2 放大機理 2.3 直流I-V特性及電流增益 2.4 反向電流及擊穿電壓 2.5 直流特性曲線介紹 2.6 基極電阻 2.7 埃伯爾斯莫爾模型3公開課第二章1 BJT直流特性 概念和定義原理機理機制過程分析計算方法基本結(jié)構(gòu),雜質(zhì)分布;發(fā)射結(jié)注入,基區(qū)輸運,集電結(jié)收集;電流放大系數(shù),中間參量;緩變基區(qū)自建電場;反向電流及擊穿電壓直流特性曲線;基極電阻;E-M模型 放大原理;載流子傳輸過程;緩變基區(qū)自建電場對載流子輸運及分布的影響;放大系數(shù)影響因素及改善措施;擊穿電壓及相互關(guān)系;勢壘穿通;厄爾利效應(yīng) 基區(qū)載流子(少子,電子)密度分布;電流密度分布;電流增益;緩變基區(qū)晶體管發(fā)射效率,方塊電阻;基極電阻,等效功率法;分貝 4公開課第三章 雙極型晶體管的頻率特性 3.1 晶體管交流電流放大系數(shù)與頻率參數(shù) 3.2 晶體管的交流特性分析 3.3 晶體管的高頻參數(shù)及等效電路 3.4 高頻下晶體管中載流子的輸運及中間參數(shù) 3.5 晶體管電流放大系數(shù)的頻率關(guān)系 3.6 晶體管的高頻功率增益 3.7 工作條件對晶體管fT、Kpm的影響5公開課第三章 頻率特性 概念和定義原理機理機制過程分析計算方法交流電流放大系數(shù)與頻率參數(shù);高頻參數(shù)及等效電路;高頻下載流子輸運及中間參數(shù);高頻功率增益;最佳高頻功率增益;高頻優(yōu)值 基區(qū)寬變效應(yīng);高頻下載流子輸運及中間參數(shù);工作條件對頻率參數(shù)的影響 交流特性分析;高頻參數(shù)及等效電路*放大系數(shù)的頻率關(guān)系;高頻優(yōu)值 6公開課第四章 雙極型晶體管的功率特性 4.1 集電極最大允許工作電流 4.2 基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響 4.3 有效基區(qū)擴展效應(yīng) 4.4 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) 4.5 發(fā)射極單位周長電流容量 4.6 晶體管最大耗散功率PCM 4.7 二次擊穿和安全工作區(qū) 7公開課第四章 功率特性 概念和定義原理機理機制過程分析計算方法集電極最大允許工作電流;基區(qū)大注入自建電場;發(fā)射極有效長度、寬度;二次擊穿;安全工作區(qū);發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻 基區(qū)大注入對電流放大系數(shù)的影響;基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng);有效基區(qū)擴展效應(yīng):均勻基區(qū),緩變強場,緩變?nèi)鯃?發(fā)射極電流集邊效應(yīng);二次擊穿:電流集中,雪崩注入 幾個臨界電流密度;熱阻;耗散功率;轉(zhuǎn)換效率 8公開課第五章 二極管和雙極型晶體管的開關(guān)特性 5.1 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性 5.2 晶體管的開關(guān)作用 5.3 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間 5.4 開關(guān)晶體管的正向壓降和飽和壓降9公開課第五章 開關(guān)特性 概念和定義原理機理機制過程分析計算方法開關(guān)時間,反向恢復(fù)時間,貯存時間,下降時間;晶體管開關(guān)時間定義;正向壓降,飽和壓降;臨界飽和基極電流;過驅(qū)動電流;飽和,截止狀態(tài);電荷控制參數(shù) 開關(guān)作用;電荷存儲效應(yīng);反向恢復(fù)過程;縮短二極管開關(guān)時間措施;晶體管開關(guān)作用,特點及要求;開關(guān)過程;電荷存儲效應(yīng);提高開關(guān)速度的措施 反向恢復(fù)時間;貯存時間,下降時間;電荷控制法;電荷控制方程;開關(guān)時間 10公開課第六章 結(jié)型場效應(yīng)晶體管 6.1 基本工作原理 6.2 直流特性與低頻小信號參數(shù) 6.3 交流特性 6.4 功率特性 6.5 結(jié)構(gòu)舉例11公開課第七章 MOS場效應(yīng)晶體管 7.1 基本工作原理和分類 7.2 閾值電壓 7.3 電流電壓特性和直流特性曲線 7.4 擊穿特性 7.5 頻率特性 7.6 功率特性和功率MOSFET的結(jié)構(gòu) 7.7 開關(guān)特性 7.8 溫度特性 7.9 短溝通和窄溝道效應(yīng)12公開課第六章 JFET&MESFET 概念和定義原理機理機制過程分析計算方法分類,符號;直流參數(shù);交流參數(shù);頻率參數(shù) 基本結(jié)構(gòu),工作原理;特性曲線;特性影響因素;短柵器件的速度飽和效應(yīng);串聯(lián)電阻的影響;溫度效應(yīng) 直流參數(shù);交流參數(shù);頻率參數(shù) 13公開課第七章 MOSFET 概念和定義原理機理機制過程分析計算方法閾值電壓;直流參數(shù);小信號低頻參數(shù);高頻功率增益;開關(guān)時間;短溝道效應(yīng),判據(jù) 基本結(jié)構(gòu),工作原理;閾值電壓;擊穿機制;雪崩注入及應(yīng)用;溝道長度調(diào)制效應(yīng);漏區(qū)電場靜電反饋效應(yīng);低頻小信號模型;密勒效應(yīng);開關(guān)特性;溫度特性;短溝道和窄溝道效應(yīng) 閾值電壓;直流特性分析;直流參數(shù);低頻參數(shù);頻率特性;開關(guān)時間 14公開課第八章 晶體管的噪聲特性 8.1 晶體管的噪聲和噪聲系數(shù) 8.2 晶體管的噪聲源 8.3 雙極型晶體管的噪聲 8.4 JFET和MESFET的噪聲特性 8.5 MOSFET的噪聲特性15公開課第八章 噪聲特性 概念和定義原理機理機制過程分析計算方法噪聲,噪聲系數(shù);信噪比;熱噪聲;散粒噪聲;1/f噪聲;噪聲頻譜特性;誘生柵極噪聲 分貝 16公開課一、簡述下列概念：（每小題3分，共計30分）擴散電容特征頻率隧道擊穿噪聲系數(shù)發(fā)射極有效長度夾斷電壓窄溝道效應(yīng)發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻最高振蕩頻率散粒噪聲二、詳述雙極型晶體管的開關(guān)過程及改善開關(guān)特性的途徑。（20分）三、說明緩變基區(qū)自建電場的形成及其對晶體管特性的影響。（10分）四、試寫出MOSFET閾值電壓的表達式，解釋其物理意義，并說 明 襯 底 偏 置 對 M O S F E T 的 閾 值 電 壓 有 何 影 響。（20分）17公開課五、已知：均勻基區(qū)晶體管，Wb=1mm,Lnb=10mm,Lpe=5mm,b=0.05cm,e=0.0005cm.試計算、*、和.（20分）18公開課一、擴散電容：正向p-n結(jié)外加電壓的變化引起邊界注入少子濃度的變化（1分），從而引起擴散區(qū)所積累的少子以及少子電荷數(shù)量的變化（1分），是由少子流入或流出擴散區(qū)實現(xiàn)的，可視為電容的充放電（1分），這種電容效應(yīng)稱之為擴散電容。隧道擊穿：當很高的反向偏壓作用在兩側(cè)摻雜濃度都很高的p-n結(jié)上時（1分），有可能使p區(qū)的價帶頂高于n區(qū)的導(dǎo)帶底，此時p區(qū)部分價帶電子的能量高于n區(qū)導(dǎo)帶電子的能量，p區(qū)價帶電子將按一定的幾率穿透勢壘到達n區(qū)導(dǎo)帶，形成反向電流，這種效應(yīng)稱為隧道效應(yīng)（1分），由隧道效應(yīng)引起的擊穿稱為隧道擊穿（1分）。發(fā)射極有效長度：由于發(fā)射極金屬極條存在一定電阻，在大電流下，發(fā)射極電流在金屬極條長度方向產(chǎn)生壓降（1分），引起發(fā)射結(jié)上實際作用電壓的變化，導(dǎo)致發(fā)射結(jié)注入電流密度不均勻（1分），規(guī)定：發(fā)射極金屬極條端部至根部之間電位差等于kT/q時所對應(yīng)的發(fā)射極條長度為發(fā)射極有效長度（1分）。窄溝道效應(yīng)：當MOSFET的溝道寬度較小時，在溝道寬度方向的兩端耗盡層向兩側(cè)延伸部分所包含的電荷使柵下表面耗盡層中平均電荷密度增加（1分），有效閾值電壓增大（1分），這種影響隨溝道寬度減小而增大（1分），稱之為MOSFET的窄溝道效應(yīng)。最高振蕩頻率：由于電容的影響，晶體管的高頻功率增益隨工作頻率的升高而減?。?分），在輸入和輸出端均共軛匹配的條件下（1分），晶體管最大功率增益對于1時所對應(yīng)的頻率稱之為最高振蕩頻率。19公開課特征頻率:高頻下，由于結(jié)電容的分流作用（1分），隨著工作頻率升高，晶體管的共發(fā)射極電流放大系數(shù)下降（1分），當共發(fā)射極電流放大系數(shù)下降為1時對應(yīng)的頻率為特征頻率（1分）。噪聲系數(shù)：晶體管除了將輸入的信號和噪聲放大輸出外，本身還要產(chǎn)生一部分噪聲（1分），因而輸出端的信噪比總是比輸入端的信噪比小（1分）。為了嚴格描述晶體管的噪聲性能，定義晶體管的噪聲系數(shù)為輸入端信噪比與輸出端信噪比之比（1分）。夾斷電壓：JFET的溝道厚度由于柵p-n結(jié)耗盡層厚度擴展而變?。?分）。當柵結(jié)上外加反向偏壓Vp使柵結(jié)耗盡層總厚度等于起始溝道厚度時，整個溝道被夾斷（1分）。溝道夾斷時所需加的柵源電壓Vp稱為夾斷電壓（1分）。發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻：為了有效地抑制電流集中二次擊穿（1分），在大功率晶體管每一單元發(fā)射極條上加串聯(lián)電阻，稱之為發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻（1分）。當某一點電流集中時，該單元電流的增加使串聯(lián)電阻上的壓降隨之增加，真正作用在該單元發(fā)射結(jié)上的電壓隨之減小，則通過該單元的電流自動減小，避免了電流進一步增加而誘發(fā)二次擊穿（1分）。散粒噪聲：起源于電子管陰極發(fā)射電子數(shù)的無規(guī)則起伏。在半導(dǎo)體中載流子產(chǎn)生、復(fù)合過程的漲落引起參加導(dǎo)電的載流子數(shù)目在其平均值附近有起伏（1分），這種由于載流子數(shù)目的不規(guī)則變化而產(chǎn)生的噪聲稱之為散粒噪聲（1分）。通常指越過p-n結(jié)勢壘的載流子數(shù)目起伏所引起的噪聲（1分）。20公開課二、詳述雙極型晶體管的開關(guān)過程及改善開關(guān)特性的途徑。（20分）晶體管的開關(guān)過程包括開啟過程，即晶體管由截止狀態(tài)到飽和狀態(tài)的過程和關(guān)閉過程，即晶體管由飽和狀態(tài)到截止狀態(tài)的過程，又對應(yīng)延遲過程、上升過程、存儲過程和下降過程四個階段。延遲過程：晶體管處于截止狀態(tài)時，兩個結(jié)均反偏（1分）。某一時刻基極輸入正脈沖信號，形成基極電流，但集電極不能立即輸出電流（1分）。因為此時基極電流先向反偏的發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)充電，使其寬度逐漸變窄，由起始的負偏壓逐漸變?yōu)榱闫灾抡?，使發(fā)射結(jié)向基區(qū)有了明顯的載流子注入（1分），同時也向集電結(jié)充電，并在基區(qū)建立一定的少子積累，集電極才開始出現(xiàn)集電極電流（1分）。上升過程：隨著發(fā)射結(jié)偏壓由零向正偏逐漸增大，向基區(qū)注入載流子濃度增大，在基區(qū)建立起逐漸增大的少子濃度梯度和擴散流密度（1分），集電極電流逐漸增大（1分），直至晶體管達到飽和的邊緣，集電結(jié)零偏（1分）。在此過程中，基極電流繼續(xù)向發(fā)射結(jié)和集電結(jié)充電和向基區(qū)提供與少子相應(yīng)的多子的積累并補充其復(fù)合損失（1分）。在開啟過程中，由基極電流向發(fā)射結(jié)、集電結(jié)的勢壘電容充電，建立基區(qū)中載流子的積累和補充復(fù)合損失。開啟過程結(jié)束后，基極電流將繼續(xù)上述作用，最終使集電極電流達到最大值，集電結(jié)正偏，基區(qū)和集電區(qū)積累超量存儲電荷，晶體管進入飽和狀態(tài)。此時基極電流剛好維持發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)積累電荷的復(fù)合損失。21公開課存儲過程：由于超量存儲電荷的存在，某一時刻基極輸入負脈沖信號，集電極電流不能立即下降而維持較大的集電極電流（1分）。由于基極電流的抽取和復(fù)合，使超量存儲電荷消失（1分），基區(qū)少子濃度梯度開始減小，集電極電流才開始下降（1分）。同時基極電流的抽取使集電結(jié)正偏減小到零偏以至反偏（1分）。下降過程：基極電流進一步抽取基區(qū)積累載流子及發(fā)射結(jié)和集電結(jié)空間電荷區(qū)中載流子（勢壘電容放電）（1分），使基區(qū)少子濃度梯度逐漸減小到零（1分），集電結(jié)反偏（1分），直至集電極電流下降到接近零（1分）。此后，基極電流繼續(xù)抽取發(fā)射結(jié)電荷，直至發(fā)射結(jié)反偏，晶體管截止。綜上所述，晶體管的開關(guān)過程是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)勢壘電容的充放電、基區(qū)少子濃度梯度的建立或減小以及超量存儲電荷的消失過程。為了改善開關(guān)特性，從器件設(shè)計方面：減小結(jié)面積以減小兩個結(jié)的勢壘電容（1分）；摻金以減小npn管集電區(qū)少子壽命，可以減少超量存儲和加快復(fù)合（1分）；采用外延結(jié)構(gòu)并盡可能減小外延層厚度和降低外延層電阻率以減小存儲空間和縮短集電區(qū)少子壽命（1分）。從使用方面：適當加大驅(qū)動電流和抽取電流；控制飽和深度；適當選擇負載電阻（1分）。22公開課三、說明緩變基區(qū)自建電場的形成及其對晶體管特性的影響。（10分）在緩變基區(qū)晶體管（平面管）的基區(qū)中，由于雜質(zhì)濃度分布不均勻，有一定的濃度梯度，雜質(zhì)電離后產(chǎn)生的多數(shù)載流子濃度分布也會有相同的梯度（1分）。這個濃度梯度引起多子自高濃度處向低濃度處擴散，但又被p-n結(jié)空間電荷區(qū)的邊界所阻擋（1分），結(jié)果低雜質(zhì)濃度側(cè)富集多子，而高雜質(zhì)濃度側(cè)過?？臻g電荷，造成正、負電荷中心分離，形成電場（1分）。這個電場對多子產(chǎn)生漂移作用以抵抗擴散，當二者達到動態(tài)平衡時，形成穩(wěn)定的電場，基區(qū)多子也維持穩(wěn)定的分布（1分）。這種由于基區(qū)雜質(zhì)分布緩變引起的電場稱之為緩變基區(qū)自建電場。它使基區(qū)內(nèi)各點電位不再相等，基區(qū)能帶發(fā)生彎曲（1分）。在平面管中，雜質(zhì)濃度的最大值不在基區(qū)的表面，因此形成的緩變基區(qū)自建電場有兩個方向相反的部分，對基區(qū)少子的輸運過程分別起到阻滯和加速的作用，分別稱之為阻滯場和加速場（1分）。阻滯場區(qū)的寬度較小，往往被包含在發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)中，一般可忽略其作用（1分）。加速場對晶體管特性的影響是使少子在基區(qū)的輸運過程中，在擴散運動上疊加了漂移運動，少子將比在均勻基區(qū)中更快地到達集電結(jié)勢壘邊界處而被收集（1分），基區(qū)復(fù)合損失減小而輸運系數(shù)增大，可比條件下，電流放大系數(shù)增大（1分），基區(qū)渡越時間縮短，基區(qū)輸運系數(shù)截止頻率提高，從而改善了晶體管的頻率特性（1分）。23公開課四、試寫出MOSFET閾值電壓的表達式，解釋其物理意義，并說明襯底偏置對MOSFET的閾值電壓有何影響。（20分）MOSFET閾值電壓是金屬柵極下面的半導(dǎo)體表面呈現(xiàn)強反型，從而出現(xiàn)導(dǎo)電溝道時所需加的柵源電壓。其表達式為：（8分）或 物理意義是：若在半導(dǎo)體表面建立反型層（1分），則在柵極上所加的電壓（1分）必須能夠在（1）抵消金半接觸電勢差；（2）補償氧化層中的固定氧化物電荷和其它正有效空間電荷之后，尚能（3）在半導(dǎo)體表面建立耗盡層電荷并（4）提供出現(xiàn)強反型層所對應(yīng)的表面電勢。（每項1分）在MOSFET的襯底相對于源極施加反向電壓時（1分），將使場感應(yīng)結(jié)上壓降增大（1分），場感應(yīng)結(jié)兩側(cè)費米能級之差增大（1分），表面耗盡層的寬度（1分）與其中的空間電荷面密度相應(yīng)地增加（1分），從MOSFET閾值電壓的表達式可見，閾值電壓將隨襯底反偏的增加而增加（1分）。msioxdoxoxTVnNqkTCxqNCQVln2maxmsioxBoxoxTVnNqkTCQCQVln2max24公開課五、已知：均勻基區(qū)晶體管，Wb=1mm,Lnb=10mm,Lpe=5mm,b=0.05cm,e=0.0005cm.試計算、*、和.（20分）解：（5分）（5分）（5分）或 或 （5分）998.0505.0110511114pebbeLW995.010211212222*nbbLW993.0005.0002.012122nbbpebbeLWLW993.0*86.1422122nbbpebbeLWLW125公開課1、p-n結(jié)勢壘高度計算公式適用于的情況下。2、晶體管做開關(guān)運用時與理想開關(guān)的區(qū)別在于：1；2；3。3、p-n結(jié)的擊穿電壓隨禁帶寬度Eg的增大而增高，是因為后者決定了的大小。4、特征頻率fT和最高振蕩頻率fM各自代表什么意義？“晶體管最高振蕩頻率高于特征頻率”這種說法是否確切？為什么？5、為提高晶體管的開關(guān)速度，應(yīng)盡可能地選擇大的基極驅(qū)動電流。這種說法對不對？為什么？6.晶體管在開關(guān)運用和高頻應(yīng)用時，其工作狀態(tài)有何區(qū)別？請說明高頻管和開關(guān)管在電參數(shù)方面的共同要求，并簡單分析它們在設(shè)計和使用上的不同要求。26公開課1、試從擊穿機制上解釋為什么雪崩和隧道擊穿可逆，而熱擊穿不可逆。2、詳細說明雙極型晶體管的開關(guān)過程。3、合金管與平面管中發(fā)生的有效基區(qū)擴展效應(yīng)有什么差別？4、大電流下工作的平面晶體管中有哪些自建電場？各自有何作用？5、用載流子的輸運過程解釋頻率升高時，晶體管電流增益下降。6、說明雙極型晶體管的基本工作原理。7、什么是噪聲和噪聲系數(shù)？在一矩形硅片兩端制作歐姆接觸后接入電路中，其中有沒有熱噪聲和散粒噪聲？為什么？8、什么是MOSFET的短溝道和窄溝道效應(yīng)？9、試推導(dǎo)線性緩變結(jié)的電場、電勢、耗盡層寬度及內(nèi)建電勢差表達式。27公開課10、如圖所示一外延擴散工藝制作的JFET。設(shè)底柵雜質(zhì)濃度為NA，溝道區(qū)雜質(zhì)濃度為ND，頂柵為重摻雜P區(qū)。試在柵溝結(jié)為突變結(jié)的條件下，證明該器件的夾斷電壓為：.如果NAND，2a=1.2mm，欲使夾斷電壓為3V，外延層雜質(zhì)濃度應(yīng)該多大？(q=1.610-19c,e0=8.8510-14F/cm,e=12)VpqNDaNANAND2211220eeP+P+P+n+Pnn+（外延層）（襯底）28公開課