MOSFET 基础知识测试
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Questions and Answers

在反型层中，响应电荷的主要来源是什么？

  • 电离杂质电荷（QB）
  • 频率变化（f）
  • 外加电压（VG）
  • 载流子电荷（QI） (correct)

在低频下，SCR宽度和QB的变化很大。

False (B)

反型层的电导与哪些因素有关？

主要与载流子电荷(QI)、电离杂质电荷(QB)以及栅压(VG)有关。

在强反型时，QI在很薄的一层内随ψS【_____】变化。

<p>迅速</p> Signup and view all the answers

匹配以下电荷与其定义:

<p>QI = 反型层中载流子电荷 QB = 电离杂质电荷 CS = 电容与栅压的关系 VG = 输入的栅电压</p> Signup and view all the answers

在强反型时，电容(涉及CS)的特性是什么？

<p>电容值较大 (B)</p> Signup and view all the answers

在高频条件下，C/Co的值与接地极板类似。

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

低频条件下，反型层的电容与什么因素的比值可近似为1？

<p>C/Co</p> Signup and view all the answers

在MOS电容的模型中，什么时候会出现耗尽层？

<p>当VG &gt; 0时 (C)</p> Signup and view all the answers

在MOS电容中，反型层的电荷完全由杂质电离产生。

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

在MOS电容中，电介质弛豫时间τd大约是多长时间？

<p>皮秒（ps）</p> Signup and view all the answers

MOS电容的电荷_____的变化与频率相关。

<p>随栅压</p> Signup and view all the answers

将下列时间常数与其特征匹配：

<p>τd = 由介电弛豫决定，快速变化 τn = 由非平衡载流子寿命决定，慢变化</p> Signup and view all the answers

以下哪个选项不是反型层的电荷组成？

<p>QV (B)</p> Signup and view all the answers

随着VG的增加，MOS电容的归一化电容C/Co通常会降低。

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

在MOS结构中，影响归一化电容变化的一个主要因素是什么？

<p>栅压VG</p> Signup and view all the answers

MOS电容中，反型层是_____层。

<p>重要的</p> Signup and view all the answers

将以下层级与其功能匹配：

<p>耗尽层 = 限制载流子扩散 积累层 = 增加载流子密度</p> Signup and view all the answers

在Si/SiO2界面处，正电荷和负电荷之间的关系如何表示？

<p>QO = QM + QS (B)</p> Signup and view all the answers

在施加负栅极电压VG2的情况下，能带可以保持平直状态。

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

在氧化层中，正电荷的电荷体密度表示为什么？

<p>ρ(x)</p> Signup and view all the answers

QO等于____的积分，从0到xO的ρ(x)。

<p>ρ(x)dx</p> Signup and view all the answers

将以下符号与对应的定义配对：

<p>QO = 氧化层中的单位面积正电荷 QM = 金属表面感应的负电荷 QS = 半导体表面感应的负电荷 VG2 = 施加的负栅极电压</p> Signup and view all the answers

计算平带电压VG2的公式为？

<p>VG2 = -QO / Co (A)</p> Signup and view all the answers

如果x趋近于0，则VG2也会趋近于0。

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

使能带平直所需施加的负栅极电压VG2与什么相关？

<p>QO和C</p> Signup and view all the answers

以下哪个选项正确描述了阈值电压的定义？

<p>使沟道电荷出现的最小栅极电压 (D)</p> Signup and view all the answers

当VG大于VTH时，沟道电荷会出现。

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

微分电导的公式是什么？

<p>dG I = σ I (x) Z dx / L</p> Signup and view all the answers

阈值电压的符号为 ______。

<p>VTH</p> Signup and view all the answers

将以下电导公式与其对应的描述匹配：

<p>G I = - Q I μn Z / L = 沟道电导公式 VG = Vo + ψs = 栅极电压关系式 V TH = - (qNa xd max) / Co = 阈值电压公式 G I = ∫ dG I = 总的沟道电导公式</p> Signup and view all the answers

下列哪个选项是影响MOS的C-V特性的因素？

<p>功函数差 (C)</p> Signup and view all the answers

在栅极施加零电压时，能带会平直。

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

沟道电荷面密度的公式是什么？

<p>QI = - ∫ qnI(x) dx</p> Signup and view all the answers

对于强反型，当VG大于 ______，沟道电荷才会出现。

<p>VTH</p> Signup and view all the answers

阈值电压可以通过以下哪个公式计算？

<p>VTH = - (qNa xd max) / Co + ψsi (D)</p> Signup and view all the answers

平带电压VFB与阈值电压VTH的关系是什么？

<p>VTH = VFB - B + ψsi (B)</p> Signup and view all the answers

在实际MOS中，阈值电压VTH一定大于0。

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

在C-V曲线中，平带电压对曲线的影响是什么？

<p>平带电压导致C-V曲线沿电压轴整体向左平移。</p> Signup and view all the answers

在MOSFET中，______影响金属和半导体的功函数差。

<p>外加栅压</p> Signup and view all the answers

将以下参数与其描述进行匹配：

<p>VG = 实际有效栅极电压 VFB = 平带电压 VTH = 阈值电压 Qo = 氧化层电荷密度</p> Signup and view all the answers

氧化层电容Co的计算公式为？

<p>Co = εo / xo (D)</p> Signup and view all the answers

在N型Si衬底的MOSFET中，无法使用Al作为栅极材料。

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

影响氧化层中正电荷的因素是什么？

<p>氧化层电荷密度Qo。</p> Signup and view all the answers

当强反型发生时，______降落在氧化层上。

<p>压降</p> Signup and view all the answers

计算氧化层电荷Qo时需要用到哪个值？

<p>Qo = 3 * 1011 * 1.6 * 10^-19 (A)</p> Signup and view all the answers

阈值电压 VTH 是如何计算的？

<p>VTH = VG1 - (QB / Co) + ψsi (D)</p> Signup and view all the answers

VG1 的值永远大于 0。

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

在高频条件下，阈值电压 VG1 应该更高还是更低才能实现反型？

<p>更低</p> Signup and view all the answers

界面陷阱电荷Qit与半导体表面的________有关。

<p>悬挂键</p> Signup and view all the answers

将以下现象与其对应的电荷类型匹配：

<p>可动离子电荷 = 与碱金属离子沾污有关 氧化物固定电荷Qf = 位于Si/SiO2界面附近3nm范围 界面陷阱电荷Qit = 与半导体表面的悬挂键有关 氧化物陷阱电荷Qot = 与高能离子辐射造成的缺陷有关</p> Signup and view all the answers

以下哪种情况会导致氧化物电荷Qf的变化？

<p>施加电压 (B)</p> Signup and view all the answers

氧化物陷阱电荷主要是由于界面缺陷引起的。

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

在 {100} 面上，界面陷阱电荷 Qit 的典型值是多少？

<p>1010 cm-2</p> Signup and view all the answers

在{111}面上，氧化物固定电荷Qf的值大约为_________，单位是cm-2。

<p>5 × 10^10</p> Signup and view all the answers

电荷Qm与下列哪种情况相关？

<p>高温和施加电压 (D)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

反型层载流子电荷密度 (QS)

反型层中载流子电荷的密度（单位：每立方米），与工作频率有关

电荷平衡

金属和半导体表面感应出的负电荷之和等于氧化层中单位面积正电荷。

半导体能带平直条件

当金属和半导体表面的负电荷之和等于氧化层中单位面积正电荷时，半导体能带为平直状态。

反型层电离杂质电荷密度 (QB)

反型层中电离杂质的电荷密度（单位：每立方米）

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负栅极电压VG2

为了使半导体能带平直，需施加负栅极电压。

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反型层电容 (CS)

反型层中载流子电荷密度 (QS) 的变化量与偏置电压变化量 (dψS) 的比值

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低频电容 (CS)

当频率较低时，反型层宽度和电离杂质电荷密度变化很小，因此反型层电容主要由载流子电荷密度变化决定。

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负栅极电压与电荷密度和厚度的关系

负栅极电压的大小与氧化层中正电荷密度和氧化层厚度有关。

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氧化层厚度与负栅极电压的关系

当氧化层厚度趋近于零时，所需的负栅极电压也趋近于零。

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高频电容 (CS)

当频率较高时，载流子电荷密度变化非常快，导致反型层电容主要由电离杂质电荷密度变化及载流子电荷密度变化共同决定。

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有效面电荷密度Qo

氧化层中正电荷连续分布时，可以认为所有正电荷都集中在Si/SiO2界面处，并以有效面电荷密度Qo表示。

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强反型层电容 (CS)

当偏置电压足够高时，反型层中的载流子电荷密度非常高，此时反型层电容近似等于金属极板的电容

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沟道电导 (G)

沟道电导是指沟道中载流子迁移率与载流子浓度之乘积，反映了沟道中电流传输的能力

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正电荷对平带电压的贡献

氧化层中正电荷对平带电压的贡献与电荷密度和厚度有关。

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平带电压VG2

平带电压表示氧化层中正电荷对半导体能带的影响程度。

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阈值电压 (VT)

阈值电压是指施加在栅极上的电压，使沟道中形成反型层所需的临界电压

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氧化层电荷引起的平带电压 (VG2)

氧化层中正电荷引起的平带电压，表示消除氧化层中正电荷影响所需的外加栅压。

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金属和半导体功函数差引起的平带电压 (VG1)

金属和半导体功函数差引起的平带电压，表示消除功函数差影响所需的外加栅压。

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MOSFET的总平带电压 (VFB)

MOSFET 器件的平带电压，由金属和半导体功函数差以及氧化层电荷引起的平带电压共同决定。

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MOSFET 的阈值电压 (VTH)

MOSFET 器件的阈值电压，表示从积累层到强反型过渡所需的最小栅极电压。

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氧化层上的电压降 (-QB/Co)

当MOSFET 器件处于强反型时，降落在氧化层上的压降。

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半导体表层上的电压降 (ψsi)

当MOSFET 器件处于强反型时，降落在半导体表层SCR上的压降。

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修正后的沟道电荷 (QI)

在考虑实际因素（如氧化层电荷和体效应）后，修正后的沟道电荷公式。

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实际MOSFET的C-V曲线

考虑了氧化层电荷和体效应的影响，导致实际MOSFET的C-V曲线与理想C-V曲线相比，向左平移。

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实际MOSFET的有效栅极电压

实际MOSFET的有效栅极电压，指的是减去平带电压之后的栅极电压。

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平带电压对C-V曲线的影响

与理想C-V曲线相比，实际MOSFET的C-V曲线由于平带电压的影响，整体向左平移。

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沟道电导

反型层导电沟道的电导。

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阈值电压

半导体表层形成强反型时所需要的最小栅极电压。当栅极电压大于阈值电压时，沟道才会出现。

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平带电压

当栅极电压为零时，半导体表层电势大于零，能带下弯。需要施加一个平带电压才能使能带平直。

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功函数差

是指金属、氧化物、半导体这三者之间功函数之差

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功函数差的影响

它是影响阈值电压的一个重要因素，它反映了金属与半导体之间能带的对齐情况

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C-V特性

它描述了表面电荷密度与栅极电压之间的关系，可以用来分析MOSFET的特性

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实际MOS的C-V特性

它描述了在不同栅极电压下，MOSFET的电容变化情况

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沟道电荷面密度

它表示反型层中电子积累的程度，可以通过栅极电压来控制

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微分电导

它表示反型层中电子移动的难易程度

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总的沟道电导

它表示反型层中电子从源极流向漏极的能力

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金属功函差对C-V特性的影响

C-V特性曲线沿着电压轴向左平移，使得阈值电压减小。 阈值电压是MOSFET反型所需的最小栅压。 当金属功函大于半导体功函时，半导体表面会向下弯曲，更容易反型，因此需要更低的阈值电压。

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什么是界面陷阱？

界面陷阱是指位于Si/SiO2界面附近的缺陷，它们会捕获电子或空穴，影响器件性能。

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什么是氧化物固定电荷？

氧化物固定电荷是指位于SiO2中的固定电荷，主要来自生长氧化物过程中引入的杂质。

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什么是氧化物陷阱电荷？

氧化物陷阱电荷是指位于SiO2中的可移动电荷，主要来自高能离子辐射造成的缺陷。

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什么是可动离子电荷？

可动离子电荷是指位于SiO2中可移动的离子，主要来自碱金属离子沾污。

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界面陷阱电荷如何影响MOSFET？

界面陷阱电荷会影响MOSFET的反型电压，因为它会捕获电子或空穴，影响器件的电荷存储能力。

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氧化物固定电荷如何影响MOSFET？

氧化物固定电荷会对MOSFET的阈值电压产生影响，因为它们会改变氧化层的电场分布。

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氧化物陷阱电荷如何影响MOSFET？

氧化物陷阱电荷会影响MOSFET的稳定性，因为它们会随着温度、电压的变化而移动，导致器件性能波动。

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可动离子电荷如何影响MOSFET？

可动离子电荷会影响MOSFET的可靠性，因为它们会随着温度、电压的变化而移动，导致器件性能漂移。

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如何控制界面陷阱电荷、氧化物固定电荷和可动离子电荷的影响？

界面陷阱电荷、氧化物固定电荷和可动离子电荷都会对MOSFET的性能产生负面影响，需要通过工艺设计和优化来控制这些电荷的影响。

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反型层

当栅压大于零时，MOS电容器中形成的导电层称为反型层，由多数载流子积累形成。

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反型层中的电荷

反型层中的载流子电荷由反型层电荷 QI 和电离杂质电荷 QB 组成，其中 QI 由反型层中的载流子贡献，QB 由电离的杂质原子贡献。

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MOS电容与频率的关系

MOS电容的值与频率有关，这是由于反型层中的电荷密度和电离杂质电荷密度随频率变化而变化。

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低频电容和高频电容

在低频情况下，反型层中的电荷密度可以随着频率变化而变化，因为载流子有足够的时间响应频率的变化。在高频情况下，反型层中的电荷密度无法跟上频率变化，导致电荷密度减小，MOS电容也随之减小。

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MOS电容随栅压的变化

MOS电容随栅压的变化关系取决于 MOS电容器工作状态，包括积累层、耗尽层和反型层。

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耗尽层中的电容

当栅压小于阈值电压时，耗尽层中的电荷量随栅压的增加而增加，因此 MOS电容也随之增加。

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反型层中的电容

当栅压大于阈值电压时，反型层中的电荷量会随着频率的变化而变化，因此 MOS电容也随之变化。

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MOS电容与频率的关系

MOS电容与频率的关系反映了载流子在不同频率下的响应能力。

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MOS电容大小

MOS电容的大小与反型层中的电荷密度和电离杂质电荷密度有关。

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电荷密度与频率关系

MOS电容器中，反型层中的电荷密度受频率影响，而电离杂质电荷密度不受频率影响。

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Study Notes

MOSFET (金属-氧化物-半导体场效应晶体管)

  • MOSFET 是大规模集成电路中的主流器件。
  • 早在 20 世纪 30 年代初，Lienfeld 和 Heil 就提出了表面场效应晶体管的原理。
  • 20 世纪 40 年代末，Shockley 和 Pearson 对 MOSFET 进行了深入研究。
  • 1960 年，Kahng 和 Alalla 使用热氧化硅结构成功制造出了第一只 MOSFET。
  • MOSFET 的英文缩写词还有 IGFET (绝缘栅场效应晶体管) 和 MISFET (金属-绝缘体-半导体场效应晶体管) 等。
  • MOSFET 的实质是用 MOS 电容取代了 JFET 的 PN 结。

MOS 结构的表面空间电荷区

  • 氧化物及界面处无电荷。
  • 金属和半导体之间功函数差为零。
  • SiO2 具有良好的绝缘体特性，可以阻止直流电流通过。
  • 如果没有外加偏压，半导体能带平直。

MOSFET 类型

  • N 型增强型（常断）：

    • 静态情况下，源极和漏极之间没有电流。
    • 需要施加正的栅极电压（VG）才能打开沟道，形成电流。

  • N 型耗尽型（常通）：

    • 静态情况下，源极和漏极之间存在较小的电流。
    • 无需施加栅极电压，内部就有导电通道。

  • P 型增强型（常断）：

    • 静态情况下，源极和漏极之间没有电流。
    • 需要施加负的栅极电压（VG）才能打开沟道，形成电流。

  • P 型耗尽型（常通）：

    • 静态情况下，源极和漏极之间存在较小的电流。
    • 无需施加栅极电压，内部就有导电通道。

MOSFET 的 C-V 曲线

  • C-V 曲线是研究半导体表面性质的重要方法。
  • 曲线反映了 MOSFET 的电容随栅极电压的变化。
  • 不同的区域（如积累、耗尽、反型）对应不同的 C-V 特性。

MOSFET 的 I-V 曲线

  • I-V 曲线描述了 MOSFET 的电流随电压的变化。
  • 不同的工作区域（如线性区、饱和区、截止区）对应不同的 I-V 特性。
  • I-V 曲线可以用来评估 MOSFET 的性能参数，例如沟道长度调制效应。

MOSFET 的非理想效应

  • 随着器件尺寸的缩小，许多非理想效应变得突出。
  • 包括亚阈值效应、漂移速度饱和效应等，这些效应会影响器件性能。

MOSFET 的等效电路和频率响应

  • 等效电路可以简化分析 MOSFET 在交流信号下的行为。
  • 频率响应会影响 MOSFET 的放大性能。

MOSFET 的按比例缩小理论

  • 维持恒定电场时，缩小 MOSFET 可能会影响其性能，尤其是在短沟道效应、亚阈值效应等方面。

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Description

本测验旨在测试您对MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）基础知识的理解。通过一系列问题，您将能巩固对MOSFET类型、结构及其工作原理的掌握，适合电子工程和半导体物理专业的学生。

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