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半导体及其基本特性 杂质对半导体导电性能的影响 半导体的电阻率 非平衡载流子 PN结及其特性 MOS场效应晶体管 半导体及其基本特性 自然界的物质可分为4种基本形态——固体、液体、气体、等离子体。 在固体材料中，根据其导电性能的差异，又可分为金属、半导体和绝缘体。 实际上，金属、半导体和绝缘体之间的界限并不是绝对的。为了有效的区别三者，引入禁带的概念。 半导体导电性的特点 一、电阻率、电导率和迁移率 1、电阻率：表示一个长1cm，截面积为1cm2物体的电阻，用 来表示， 单位是欧姆·厘米 2、电导率：是电阻率的倒数，用 来表示，二者都是反映物体导电能 力的大小，电阻率越低，或者说电导率越高，物体的导电能 力就越强。 3、迁移率：指在1V/cm的电场作用下电子流动的平均速度，单位cm2/V·s。 用 表示。 n表示1cm3金属体积中的自由电子数，叫做载流子浓度，q代表一个电子的电量。 二、半导体电阻率的特点（相对于金属而言） 1、数值大 2、对温度的反应灵敏 3、杂质的影响显著 4、光照可以改变电阻率-光电导 半导体的导电机理 硅锗的晶体结构 目前，半导体材料大部分是共价键晶体。 高度补偿： 若施主杂质浓度与受主杂质尝试相差不大或二者相等，则不能提供电子或空穴，这种情况称为杂质的高度补偿。 PN结电容 PN结击穿 pn结击穿：当pn结的反向电压增大到某一数值时，反向电流迅速增大的现象称为pn结击穿。发生上述现象时的电压称为击穿电压。 击穿电压与杂质浓度的关系 Mos管处于线性区和饱和区的描述公式及与电压有关的电容构成了mos管的大信号模型。在对信号会显著影响偏置工作点的电路进行分析时，尤其考虑非线性效应的情况下，这一模型被证明是不可缺少的。 相反，如果信号对偏置影响小，就可以用小信号模型简化计算。小信号模型是工作点附近的大信号模型的近似。 在许多模拟电路中mos管偏置在饱和区。 公式总结： 1、线性区：条件，漏电流公式，跨导 2、深线性区：条件，漏电流公式，电阻 3、饱和区：条件，漏电流公式，跨导 4、饱和区（考虑沟道长度调制）：漏电流公式，跨导，输出 电阻 MOSFET的特性曲线总结 1、输出特性曲线 非饱和区 饱和区 截止区 输出特性曲线描绘 IDS~VDS(VGS)关系 曲线分4个区： 非饱和区： VDS≤VGS-VT,，IDS~VDS近似线性关系，可调电阻区 饱和区： VDSVGS-VT ，沟道漏端夹断，IDS达饱和值IDsat 截止区：半导体表面没有强反型导电沟道，仅有反向漏电流 击穿区：反偏漏-衬结击穿，IDS剧增 2、转移特性曲线 作为电压控制器件，转移特性表征栅源输入电压VGS对漏源输出电流IDS的控制能力 MOSFET的转移特性可从输出特性曲线族上得到 耗尽型MOSFET 增强型MOSFET 耗尽型 增强型 P 沟 n 沟 P 沟 n 沟 电路符号 转移特性 输出特性 跨导的定义 由于MOSFET工作在饱和区时，其电流受栅源过驱动电压控制，所以我们定义一个性能系数来表示电压转换电流的能力。更准确的说，由于在处理信号的过程中，我们要考虑电压和电流的变化，因此我们把这个性能系数定义为漏电流的变化量除以栅源电压的变化量，我们称之为跨导，表达式为： 例题：如图所示电路，画出跨导对于VDS的函 数曲线。 ID 温馨提示： 1、 VDS从零到无穷大变化。 2、讨论M1在线性区和饱和区的 条件。 本例题说明：放大应用时，我们通常使mos工作于 区。 二级效应 体效应 产生体效应，并不需要改变衬底电势，源电压相对于衬底电势发生改变，就会产生同样的现象。 沟道长度调制 我们注意到，当栅和漏之间的电压差增大时，实际的反型层沟道长度逐渐减小，也就是说L’是VDS的函数，这一效应称为~ 沟道长度调制引起的饱和区有限斜率 在分析mos时，我们一直假设，当VGS下降到低于VTH时器件会突然断开，实际上VGS≈VTH时，一个弱的反型层仍然存在，并有一些漏电流，甚至当VGS≈VTH时，ID也并非无限小，而与VGS呈指数关系，这种效应称作“亚阈值导电”。 MOS器件电容 Cj表示与结的底部相关的下极板的单位面积电容，Cjsw表示结