第四章 MESFET精讲
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2024版MES基础知识培训课件
contents •制造执行系统（MES）概述•MES核心功能模块介绍•MES与上下游系统集成•MES实施方法论及关键成功因素•常见问题解答及案例分析•总结与展望目录01制造执行系统（MES）概述MES定义与作用MES（Manufacturing Execution System）即制造执行系统，是面向车间层的管理信息系统。
作用：MES在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的空隙，实现了生产过程的透明化、可视化和可追溯。
MES能够对生产过程中的设备、物料、人员、质量等进行全面管理，提高生产效率，降低成本。
发展历程及趋势发展历程趋势场景四数据分析与优化。
MES 能够对生产过程中产生的海量数据进行挖掘和分析，为生产优化提供决策支持。
场景一生产计划与调度。
MES 能够根据上层管理系统的生产计划，结合车间的实际情况，进行生产任务的分配和调度，确保生产按计划进行。
场景二生产过程监控。
MES 能够对生产过程中的设备状态、物料消耗、人员出勤等进行实时监控，及时发现并处理异常情况。
场景三质量管理。
MES 能够对生产过程中的质量数据进行采集、分析和处理，及时发现并处理质量问题，提高产品质量水平。
典型应用场景举例02MES核心功能模块介绍生产计划管理模块根据销售订单、预测需求、库存状况等制定生产计划。
将生产计划分解为车间作业计划、工序计划等。
根据生产实际情况，对计划进行动态调整。
对计划执行情况进行评估，提供生产进度、产能利用率等指标。
计划制定计划分解计划调整计划评估物料需求计划模块01020304物料清单管理物料需求计算物料采购计划物料库存管理生产任务分配生产排程生产调度生产监控生产调度与排程模块对生产过程中的关键工序进行质量检验与控制，确保产品质量符合要求。
质量检验与控制质量追溯质量统计与分析质量改进对产品的生产过程进行全面追溯，包括原材料来源、生产批次、生产日期等信息。
对质量数据进行统计与分析，提供质量报表和图表，帮助管理者了解产品质量状况。
化工原理第四章第六节讲稿
lim E0 dE0
0 d
E0
2020/9/26
E0 0 E0d
绝对黑体的单色发射能力Eλ0随波长的变化的规律 ：
E 0
C15
C2
e
T
1
2020/9/26
•当λ=0时，单色发射能力Eλ0均等于零； •波长增加时，单色发射能力也随之增加，达到一最高
值后 ，Eλ0又随λ的增加而减小； •λ=∞时，又回到零。
QC c AW tw t
由于辐射而散失的热量 ：
QR
c1
2
Aw
Tw 100
4
T
4
100
∵设备向大气辐射传热， 1
2020/9/26
QR
c12
Aw
Tw 100
4
T
4
100
改成对流传热系数的形式
QR R AW tw t
R
c12
Tw 100
4
T 100
4
1 R1R2 R12R22
1 1 R1R2
2020/9/26
2020/9/26
E1'
E1 R1E2 1 R1R2
同理，从壁面2辐射和反射的能量之和E2’
E2 ' E2 R1R2E2 R12R22E2 R2E2 R1R22E1 R12R23E1
E2 1 R1R2 R12 R22 R2 E1 1 R1R2 R12 R22
第四章 传热
第六节 辐射传热
一、基本概念和定律 二、两固体间的辐射传热 三、对流和辐射的联合传 热
2020/9/26
一、基本概念和定律
1、热辐射
热辐射 ：物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射 辐射传热 ：不同物体间相互辐射和吸收能量的综合过程
集成电路原理第四章ppt课件
第四章 MOS逻辑集成电路
4.1 MOS器件的基本电学特性
4.1.1 MOSFET的结构与工作原理
MOSFET——Metal-Oxide-Semiconductor
Field Effected Transistor
增强型〔常关闭型）
金属PM氧OS 化物半导体场效应晶体管
耗尽型〔常开启型）
MOSFET
iDSCOXLWvGSVthvDSvD 2S2
3.4
51
085 L
801
0030.43922220.62(m 5 )A
4.1.4 MOSFET小信号参数 （1〕跨导gm
——表示交流小信号时vGS对ids的控制能力〔vDS恒定）
饱和区：
gm
iDS vGS
vDSc onst
C OX LW vG SV th 1vDS
足电路设计的要求，此工序称为“调沟”。即向沟道区进行离
子注入〔Ion Implantation）,以改变沟道区表面附近载流子浓
度，与此相关的项用
Qi C OX
表示。一般调沟用浅注入，注入能量
在60 80KeV左右；若异型注入剂量、能量较大，则可注入到
体内，形成埋沟MOS〔Buried-Channel MOS）。
例4-2 知：n+ Poly-Si栅NMOS晶体管宽长比W/L=100 m/10 m， 漏、栅、源、衬底电位分别为5V，3V，0V，0V。
n=580cm2/V s，其他参数与例4-1相同。 求：① 漏电流iDS。
② 若漏栅源衬底电位分别为2V，3V，0V，0V，则IDS=？
解：① 由已知得： vGS=3V，vDS=5V，vBS=0V 而由例4-1得Vth=0.439V vDS=5V(vGS-Vth)=3-0.439=2.561(V) 器件工作在饱和区，那么：
4.1 MOS器件的基本电学特性
4.1.1 MOSFET的结构与工作原理
MOSFET——Metal-Oxide-Semiconductor
Field Effected Transistor
增强型〔常关闭型）
金属PM氧OS 化物半导体场效应晶体管
耗尽型〔常开启型）
MOSFET
iDSCOXLWvGSVthvDSvD 2S2
3.4
51
085 L
801
0030.43922220.62(m 5 )A
4.1.4 MOSFET小信号参数 （1〕跨导gm
——表示交流小信号时vGS对ids的控制能力〔vDS恒定）
饱和区：
gm
iDS vGS
vDSc onst
C OX LW vG SV th 1vDS
足电路设计的要求，此工序称为“调沟”。即向沟道区进行离
子注入〔Ion Implantation）,以改变沟道区表面附近载流子浓
度，与此相关的项用
Qi C OX
表示。一般调沟用浅注入，注入能量
在60 80KeV左右；若异型注入剂量、能量较大，则可注入到
体内，形成埋沟MOS〔Buried-Channel MOS）。
例4-2 知：n+ Poly-Si栅NMOS晶体管宽长比W/L=100 m/10 m， 漏、栅、源、衬底电位分别为5V，3V，0V，0V。
n=580cm2/V s，其他参数与例4-1相同。 求：① 漏电流iDS。
② 若漏栅源衬底电位分别为2V，3V，0V，0V，则IDS=？
解：① 由已知得： vGS=3V，vDS=5V，vBS=0V 而由例4-1得Vth=0.439V vDS=5V(vGS-Vth)=3-0.439=2.561(V) 器件工作在饱和区，那么：
反应工程第四章最新版本ppt课件
.
本章要解决的问题 (1)阐明流动系统的停留时间分布的定量描述
及其实验测定方法； (2)建立非理想流动模型； (3)在所建立模型的基础上，说明该类反应器
的性能和设计计算； (4)介绍有关流动反应器内流体混合问题，阐
明几个基本概念。
.
4.1 连续反应器中物料混合状态分析 4.2 停留时间分布 4.3 非理想流动模型 4.4 混合程度及对反应结果的影响 4.5 非理想流动反应器的计算
流体 v
系统 VR
示踪剂检测 C
v
实验 V/M为定值，测得的结果是E(t)。因此脉冲法测得的停留 结果 时间分布代表了物料在反.应器中的停留时间分布密度。
3）阶跃示踪法
示踪剂的加入方法二
（1）实验方法：
A、调节主物料以稳定的流率V通过反应体积VR B、在进口处，从某瞬时（t=0）开始，连续加入示踪物。
.
4.1 连续反应器中物料混合状态分析 4.1.1 混合现象的分类
混合的作用：绝大部分化学 反应是不同物质分子之间的 一种化学作用，反应进行的 必要前提是参与反应的物质 首先要相互接触，因而化学 反应的进行都要把反应物料 达到充分混合。
混合的手段：搅拌。
.
1)按混合对象的年龄分类 可以把混合分成两种： (1）同龄混合：相同年龄物料之间的混合。 (2）返混：不同年龄物料之间的混合。 A、造成返混的原因：循环流动，搅拌，湍流，分子扩散，
解决方法：要采用应答技术才能测定物料质点的停留时间分布。
1）应答技术 用一定的方法在反应器进口处加入示踪剂，然后在出口处
检测示踪剂，以获得示踪剂在反应器中停留时间分布规律的实 验数据。
含示踪剂流体 v0 CA0
流体 v0 切换
系统 VR
本章要解决的问题 (1)阐明流动系统的停留时间分布的定量描述
及其实验测定方法； (2)建立非理想流动模型； (3)在所建立模型的基础上，说明该类反应器
的性能和设计计算； (4)介绍有关流动反应器内流体混合问题，阐
明几个基本概念。
.
4.1 连续反应器中物料混合状态分析 4.2 停留时间分布 4.3 非理想流动模型 4.4 混合程度及对反应结果的影响 4.5 非理想流动反应器的计算
流体 v
系统 VR
示踪剂检测 C
v
实验 V/M为定值，测得的结果是E(t)。因此脉冲法测得的停留 结果 时间分布代表了物料在反.应器中的停留时间分布密度。
3）阶跃示踪法
示踪剂的加入方法二
（1）实验方法：
A、调节主物料以稳定的流率V通过反应体积VR B、在进口处，从某瞬时（t=0）开始，连续加入示踪物。
.
4.1 连续反应器中物料混合状态分析 4.1.1 混合现象的分类
混合的作用：绝大部分化学 反应是不同物质分子之间的 一种化学作用，反应进行的 必要前提是参与反应的物质 首先要相互接触，因而化学 反应的进行都要把反应物料 达到充分混合。
混合的手段：搅拌。
.
1)按混合对象的年龄分类 可以把混合分成两种： (1）同龄混合：相同年龄物料之间的混合。 (2）返混：不同年龄物料之间的混合。 A、造成返混的原因：循环流动，搅拌，湍流，分子扩散，
解决方法：要采用应答技术才能测定物料质点的停留时间分布。
1）应答技术 用一定的方法在反应器进口处加入示踪剂，然后在出口处
检测示踪剂，以获得示踪剂在反应器中停留时间分布规律的实 验数据。
含示踪剂流体 v0 CA0
流体 v0 切换
系统 VR
小科普｜FET、MOSFET、MESFET、MODFET的区别
小科普｜FET、MOSFET、MESFET、MODFET的区别小编今天给大家推一篇关于FET、MOSFET、MESFET、MODFET的区别！FET，场效应晶体管，Field Effect Transistor，简单理解就是个水管阀门。
关上打开FET，有源极（Source）就是电子从源流入FET;栅极（Gate），是个门，阀门，打开FET，电子就流动，关上阀门，电子就不流动。
漏极（Drain），电子流出FET；电子是负电荷，所以，是从GND流到Vcc的MOSFET，Y2T149聊到MOS是个电容，MOSFET叫做金属-氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）。
是现在数字半导体芯片常用的结构：MESFET金属半导体场效应晶体管Metal Epitaxial-Semiconductor Field EffectTransistor，用在第一代模拟或者射频电路上。
MODFET调制掺杂场效应晶体管Modulation Doped Field Effect Transistor,MODFETMOSFET、与MODFET/MESFET最大的区别在于栅极的控制；MOSFET是MOS金属-氧化物-半导体（电容）做栅极；MODFET/MESFET是用金属-半导体接触（肖特基二极管），用二极管做栅极。
速度比MOS要快，可以用在高速电路上。
MOS相当于塑料阀门头，MES/MOD是铜阀门头那MESFET和MODFET的区别MODFET有异质结，形成一个二维层，叫二维电子气(Two-dimensional electron gas,2DEG)是指电子气可以自由在二维方向移动，而在第三维上受到限制的现象。
小结：FET 就是水管子阀门MOSFET 是塑料阀门MESFET是铜阀门MODFET不光是铜阀门，还用了陶瓷阀芯MESFET截止频率比MOSFET高三倍MODFET截止频率比MESFET高30%学术解释：所有场效应晶体管(FET)的输出特性均相似。
MESFET及相关器件课件
MESFET及相关器件 2
MESFET
MESFET 具 有 与 MOSFET 相 似 的 电 流 电压特性。然而在器
件的栅电极部分， MESFET 利 用 金 属 - 半 导体的整流接触取代 了 MOSFET 的 MOS 结 构；而在源极与漏极 部 分 ， MESFET 以 欧 姆 接 触 取 代 MOSFET 中的p-n结。
100
101
102 103
104 Js
105
W - Si W - GaAs
右图为两肖持基二极管实验所得
106
的I-V特性。将正向I-V曲线延伸至V=0
，可以获得Js，由上式即可求得势垒
107 0
高度。
0.1 VF / V 0.2
0.3
图 6. 8 钨-硅与钨-砷化镓二极管的正向电流密度与外加电压
桂林电子科技大学
cexp
－
qBn
kT
其中NC是导带中的态密度。在热平衡时可以得到
J ms J sm nth
J ms
J sm
C1 N c
exp
qBn
kT
其中Jm→s代表由金属到半导体的电流， Js→m代表由半导体到金属的电流， 而C1则为比例常数。
当正向偏压加到结上时，跨越势垒的静电势差降低，因此表面的电子
金属
右下图所示为一独立 金属和一独立n型半导体 V
的能带图。值得注意的是 ， 一 般 金 属 的 功 函 数 qm 并不同于半导体的功函数 qs 。 功 函 数 定义 为 费 米 能级和真空能级之差。图 中也标示了电子亲和力qχ
，它是半导体导带端与真 空能级的能量差。
半导体
(b) 金半接触的一维结构
(b) 正向偏压 q(Vbi VR )
流变学第四章第二部分ppt课件
• White-Metzner推广经典的Maxwell模型，其方法就 是采用对应力张量求Oldroyd随流微商代替一般偏微商。
• 为检验White-Metzner模型的说明能力，将该模型用 于描述稳态简单剪切流场： 1 r x2 2 3 0
• 首先考察偏应力张量σ的 Oldroyd随流微商的具体表达式。 由于流动是稳定的，所以式中等号右边第一项
速率型本构方程
• 已知高分子材料本体的线性粘弹行为可 以用一些力学模型，如Maxwell模型、 Voigt模型及它们的恰当组合进行描述。
用三维张量形式描述Maxwell方程
σ+λ1σ=. 2η0d
式中λ1=η0/G 称为松弛时间，单位为s；σ为应力张量中
的偏应力张量；d为速度梯度张量中的形变率张量；
i j 0
t
注意：这儿将偏应力张量分量σij代替了原公式中Tij。又因 为v2=v3=0,偏应力分量σ12沿x1方向无变化，故有
D
Dt
i
j
tk
i j
3
k
k 1
xk
ij
D t
i
j
0
t
i
j
D Dt
i
j
(i
xk
) k
j
( j
xk
) ik
于是偏应力张量σ的Oldroyd随流微商写成：
ij
D
Dt t
式中等号右边 第一项为μ对时间t的一般偏导数，第二项表示
为两个矢量的点积， 其中的矢量算符称作哈密尔顿算子，定
义为：
3
ej
j 1
x j
e1
x1
e2
x2
e3
x3
mes培训分解课件
数据处理层：数据处理 层是MES系统的核心， 负责对采集到的数据进 行处理、分析和存储。 数据处理层包括数据清 洗、数据转换、数据挖 掘等功能，为上层应用 提供可靠的数据支持。
应用层：应用层是MES 系统的功能实现层，包 括生产调度、质量控制 、工艺管理、设备维护 等模块。应用层通过调 用数据处理层提供的数 据支持，实现生产过程 的精细化管理。
工艺管理模块
工艺管理模块是MES系统的基础模块之一，负责 制定和优化生产工艺流程，提高生产效率和产品 质量。该模块通常包括工艺流程设计、工艺参数 监控等功能。
质量控制模块
质量控制模块是MES系统的重要模块之一，负责 对生产过程中的产品质量进行检测和控制。该模 块通常包括质量数据采集、质量检测、质量分析 等功能。
功能
MES系统具备生产调度、工艺管 理、数据采集、质量控制、设备 管理等功能，能够实现生产过程 的可视化、信息化和智能化。
MES的重要性
提高生产效率
通过优化生产流程，MES系统能 够提高生产效率，降低生产成本
。
提升产品质量
MES系统能够实现生产过程的可追 溯性和质量监控，从而提高产品质 量。
增强企业竞争力
加强技术研发与创新
企业应加大在MES系统技术研发与创新方面的投入，紧 跟行业发展趋势，提升自身技术实力和竞争优势。
培养专业人才队伍
企业应重视MES系统专业人才的培养和引进，建立完善 的人才激励机制，为企业的MES系统应用与发展提供有 力的人才保障。
建立合作伙伴关系
企业应积极与上下游企业、科研机构等建立合作伙伴关系 ，共同推动MES系统的研发与应用，实现互利共赢。
紧急故障处理流程
列举MES系统常见的故障现象，并提供相 应的处理方法和解决方案。
电子教案与课件：《化工原理下册》 第4章萃取
❖ 萃取剂的选择是萃取操作的关键
第4章 液—液萃取
❖ 萃取的基本流程
第4章 液—液萃取
❖ 下列情况下采用萃取比蒸馏更经济合理
1、组分间相对挥发度接近“1“或者形成恒沸物的混合液 2、溶质在混合液中的含量很低且为难挥发组分 。 3、有热敏性组分的混合液
第4章 液—液萃取
❖ 萃取相 萃余相
1、萃取相（E）含萃取剂（S）多；萃余相（R）含 原溶剂（B）多。
第4章 液—液萃取
4.2.2多级错流接触萃取的计算 若单级萃取所得的萃余相溶质含量较高，
未低于规定值，则需采用多级萃取。
多级错流接触萃取流程
（1）每级都加入新鲜溶剂 （2）前级的萃余相为后级的原料
第4章 液—液萃取
4.2.2多级错流接触萃取的计算
已知条件:相平衡数据、原料液F的量、组成 xF及其各级S的用量，同时规定最终萃余相要 达到的组成为xn
第4章 液—液萃取
➢ 三角形相图上的相平衡关系
1、溶解度曲线和联结线
•实验获取溶解度曲线
•联结线的意义
●★
★ ★●
第4章 液—液萃取
➢ 三角形相图上的相平衡关系
2、临界混溶点和辅助曲线
•临界混溶点 •临界混溶点是萃取相 与萃余相的分界点。
第4章 液—液萃取
➢ 三角形相图上的相平衡关系
2、临界混溶点和辅助曲线
最小用量
➢ 原料一定，萃取剂S用量越
小，混合点M越靠近F点，但
不能超过溶解度线上的RC点
RC
对应RC点的萃取剂用量为 其最小用量Smin
第4章 液—液萃取
4.2.1.4单级萃取的最大萃取液组成及相应的萃取剂 用量
➢ 从S点作溶解度曲线的切线 与AB边相交，交点是单级 萃取所能得到的最大萃取 液组成。
第4章 液—液萃取
❖ 萃取的基本流程
第4章 液—液萃取
❖ 下列情况下采用萃取比蒸馏更经济合理
1、组分间相对挥发度接近“1“或者形成恒沸物的混合液 2、溶质在混合液中的含量很低且为难挥发组分 。 3、有热敏性组分的混合液
第4章 液—液萃取
❖ 萃取相 萃余相
1、萃取相（E）含萃取剂（S）多；萃余相（R）含 原溶剂（B）多。
第4章 液—液萃取
4.2.2多级错流接触萃取的计算 若单级萃取所得的萃余相溶质含量较高，
未低于规定值，则需采用多级萃取。
多级错流接触萃取流程
（1）每级都加入新鲜溶剂 （2）前级的萃余相为后级的原料
第4章 液—液萃取
4.2.2多级错流接触萃取的计算
已知条件:相平衡数据、原料液F的量、组成 xF及其各级S的用量，同时规定最终萃余相要 达到的组成为xn
第4章 液—液萃取
➢ 三角形相图上的相平衡关系
1、溶解度曲线和联结线
•实验获取溶解度曲线
•联结线的意义
●★
★ ★●
第4章 液—液萃取
➢ 三角形相图上的相平衡关系
2、临界混溶点和辅助曲线
•临界混溶点 •临界混溶点是萃取相 与萃余相的分界点。
第4章 液—液萃取
➢ 三角形相图上的相平衡关系
2、临界混溶点和辅助曲线
最小用量
➢ 原料一定，萃取剂S用量越
小，混合点M越靠近F点，但
不能超过溶解度线上的RC点
RC
对应RC点的萃取剂用量为 其最小用量Smin
第4章 液—液萃取
4.2.1.4单级萃取的最大萃取液组成及相应的萃取剂 用量
➢ 从S点作溶解度曲线的切线 与AB边相交，交点是单级 萃取所能得到的最大萃取 液组成。
欧姆接触金半场效应晶体管MESFET
影响迁移率的因素：
散射机制 平均自由时间 迁移率
最重要的两种散射机制：
晶格散射：当晶体温度高于0K时，晶格原子的热振动随温度增加而 增加；在高温下晶格散射变得显著，迁移率因此随着温度的增加而减 少。
杂质散射：是一个带电载流子经过一个电离杂质所引起的。由于库 仑力的交互作用，带电载流子的路径会偏移。µI随着T3/2/NT而变化， 其中NT为总杂质浓度。
➢ 施主、受主、杂质能级、n型半导体、p型半导体、多子、少 子概念，以及施主、受主的实例，载流子（电子、空穴）。
➢ 非简并半导体：电子或空穴的浓度分别远低于导带或价带中 有效态密度，即费米能级EF至少比EV高3kT，或比EC低3kT 的半导体。
➢ 室温下，完全电离，非本征半导体中多子浓度为杂质浓度。
能量/eV
直接带隙半导体：
下图为砷化镓的动量-能量关系 曲线，其价带顶与导带底发生 在 相 同 动 量 处 （ p=0 ） 。 因 此 ，电子从价带转换到导带时， 不需要动量转换。
4 GaAs
3
2
E＝0.31
1
Eg
0
价带
导带
[111]
动量
[100]
p
间接带隙半导体：
对Si、Ge而言，其动量-能量曲 线中价带顶在p=0，导带最低处 则在p=pC。因此，电子从价带 顶转换到导带最低处时，不仅 需要能量转换(≥Eg)，也需要动 量转换(≥pC)。
半导体表面，假如载流子具有足够的能量，它们可能会被发射至真空 能级，这称为热电子发射过程。
电子亲和力qχ为半导体中导带边缘与真空能级间的能量差；功函数
qs为半导体中费米能级与真空能级间的能量差。假如一个电子的能
量超过qχ，它就可以被热电子式发射至真空能级。
散射机制 平均自由时间 迁移率
最重要的两种散射机制：
晶格散射：当晶体温度高于0K时，晶格原子的热振动随温度增加而 增加；在高温下晶格散射变得显著，迁移率因此随着温度的增加而减 少。
杂质散射：是一个带电载流子经过一个电离杂质所引起的。由于库 仑力的交互作用，带电载流子的路径会偏移。µI随着T3/2/NT而变化， 其中NT为总杂质浓度。
➢ 施主、受主、杂质能级、n型半导体、p型半导体、多子、少 子概念，以及施主、受主的实例，载流子（电子、空穴）。
➢ 非简并半导体：电子或空穴的浓度分别远低于导带或价带中 有效态密度，即费米能级EF至少比EV高3kT，或比EC低3kT 的半导体。
➢ 室温下，完全电离，非本征半导体中多子浓度为杂质浓度。
能量/eV
直接带隙半导体：
下图为砷化镓的动量-能量关系 曲线，其价带顶与导带底发生 在 相 同 动 量 处 （ p=0 ） 。 因 此 ，电子从价带转换到导带时， 不需要动量转换。
4 GaAs
3
2
E＝0.31
1
Eg
0
价带
导带
[111]
动量
[100]
p
间接带隙半导体：
对Si、Ge而言，其动量-能量曲 线中价带顶在p=0，导带最低处 则在p=pC。因此，电子从价带 顶转换到导带最低处时，不仅 需要能量转换(≥Eg)，也需要动 量转换(≥pC)。
半导体表面，假如载流子具有足够的能量，它们可能会被发射至真空 能级，这称为热电子发射过程。
电子亲和力qχ为半导体中导带边缘与真空能级间的能量差；功函数
qs为半导体中费米能级与真空能级间的能量差。假如一个电子的能
量超过qχ，它就可以被热电子式发射至真空能级。
场效应晶体管JFET与MESFET器件基础.ppt
图1 P型半导体
(2)、表面电荷减少(施加正电压)
图 2 表面电荷减少
(3)、形成耗尽层（继续增大正电压）
耗尽层（高阻区）
图 3 形成耗尽层
(4)、形成反型层（电压超过一定值VT）
反 型 层
图 4 形成反型层
表面场效应形成反型层（MOS电容结构）
反型层是以电子为载流子的N型薄层,就在N+型源 区和N+型漏区间形成通道称为沟道。 VDS < VGS - VT
L
（2）饱和区伏-安特性
ID (VGS VT )(1 VDS )
VGS VT ,VDS VDsat
（3）特征频率fT fT的定义与MOSFET相同
fT
nVDS 2L2
三、器件模型参数
参数 L，W VTO BETA
含义 沟道长度,宽度 阈值电压VT 跨导系数
参数 含义 RS 源极电阻 CGS 零偏G-S结势垒电容 CGD 零偏G-D结势垒电容
MOS 场效应 晶体管
（MOSFET）
促进MOS晶体管发展的4大技术
半导体表面的稳定化技术 各种栅绝缘膜的实用化技术 自对准结构的MOS工艺 阈值电压的控制技术
2.6.1 MOSFET结构
MOSFET: MOS field-effect transistor 也叫：绝缘栅场效应晶体管（Insulated Gate, IGFET） 金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(MISFET) 电压控制电流—>场效应晶体管 分为N沟道和P沟道，每一类又分为增强型 和耗尽型。
JFET
MESFET
JFET与MESFET结构
2.6 MOS场效应晶体管
(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transnsator)
(2)、表面电荷减少(施加正电压)
图 2 表面电荷减少
(3)、形成耗尽层（继续增大正电压）
耗尽层（高阻区）
图 3 形成耗尽层
(4)、形成反型层（电压超过一定值VT）
反 型 层
图 4 形成反型层
表面场效应形成反型层（MOS电容结构）
反型层是以电子为载流子的N型薄层,就在N+型源 区和N+型漏区间形成通道称为沟道。 VDS < VGS - VT
L
（2）饱和区伏-安特性
ID (VGS VT )(1 VDS )
VGS VT ,VDS VDsat
（3）特征频率fT fT的定义与MOSFET相同
fT
nVDS 2L2
三、器件模型参数
参数 L，W VTO BETA
含义 沟道长度,宽度 阈值电压VT 跨导系数
参数 含义 RS 源极电阻 CGS 零偏G-S结势垒电容 CGD 零偏G-D结势垒电容
MOS 场效应 晶体管
（MOSFET）
促进MOS晶体管发展的4大技术
半导体表面的稳定化技术 各种栅绝缘膜的实用化技术 自对准结构的MOS工艺 阈值电压的控制技术
2.6.1 MOSFET结构
MOSFET: MOS field-effect transistor 也叫：绝缘栅场效应晶体管（Insulated Gate, IGFET） 金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(MISFET) 电压控制电流—>场效应晶体管 分为N沟道和P沟道，每一类又分为增强型 和耗尽型。
JFET
MESFET
JFET与MESFET结构
2.6 MOS场效应晶体管
(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transnsator)
第四章 固态电子论基础 4-2ppt解读
那么式（4-69）简化成：
dn
Vc
4 3
m
3 eEF
/ kBT
e m 2
/ 2kBT
dxd ydz
（4-70）
设金属表面垂直于x轴，电子沿x轴方向脱离
金属，脱离金属的条件为
m
2 x
/
2
E0
，其余速度
分量vy、vz则可取任意值，所以vx到vx+dvx区间内
dn(x )
（1） 高温引起的热电子发射； （2） 光照引起的光电发射； （3） 强电场引起的场致发射
设电子在深度为E0（真空能级）的势阱内，费米能 级为EF，在绝对零度时，费米能级以下的所有能态 都被电子所占据。因此，电子若要离开金属，即跑
到势阱外部，至少需要从外界得到的能量为：
Φ=E0－EF
（4-67）
也就是说，费米能级上的电子至少需要有一定的阈
（4-57）
上式表明，恒定的外加电场E使金属中费米球内所 有电子的彼矢都增加了Δk。相当于在时间t内，整
个费米球作为一个整体在k空间移动了 eEt / 的
位移，电子状态在k空间的分布不再是对称的。结 果一部分电子的速度不能抵消，系统的动量不再为 零，金属中产生了宏观电流。
图4-7 费米面的整体移动
j
e
n
d F
F
end
en e
m
E
（4-60）
即电流密度与电场强度成正比关系。若取τ=τF，则
金属的电导率为：
e2n F e2nlF
m
m F
（4-61）
式中，lF为费米面附近电子的平均自由程，定义为
lF=vFτF。1928年索末菲就推导出的电导率与经典自
半导体器件物理课件 JFET-mesfet
图7-9简化的小信号等效电路
43
JFET的截止频率
44
截止频率
定义为不能再放大输入信号的最高频率。采用图7-9所示的等效电路
，考虑输出短路的情形，当通过输入电容的电流与输出的漏极电流相等时，达到增益 为不（在放大）的条件。 输入电流：
iin 2f co Cgs Cgd vg 2f coCG vg
k 0 a
和（7-5）式
讨论：在（7-26）式中
qa 2 N d K 0 的项等于 2VP 0 ，因而 f C 0为夹断电压所决定。在
考虑最高频率时，通常这一项无法调节。（7-26）式中其它可调节的量为迁移率和沟 道长度。为了实现最好的高频性能，要有高的迁移率和短的沟道长度。
46
N沟道JFET有：
CG 4 ZL k 0 a
(7-23)
为简化设计，往往用两个集总电容，即栅一漏电容 C gd 和栅一源电容 C gS 来表示，而不 管栅电容的实际分布性质如何。
40
5.4 小信号参数和等效电路
6.器件封装电容： 器件封装在漏和源两端引起的小电容 C dS。 7.源、漏串联电阻 RS 和 R D 。 8.漏极电阻
24
实验发现，即使在y方向为任意非均匀的杂质分布，所有的转移特性都落在图 7-5中所示的两条曲线之间。在放大应用当中，通常工作在饱和区，并且在已知 栅电压信号时，可利用转移特性求得输出的漏极电流
图7-5JFET 的转移特性
25
夹断后的JFET的性能
26
一、沟道长度调制效应
沟道夹断之后，漏极电压进一步增加时，耗尽区的长度增加，电中性的沟道长度
35
JFET所包含的电学属性 ：
S
RS
第四章 MESFET
肖特基势垒二极管的正向电流，主要是由半 导体中的多数载流子进入金属形成的，此二极 管将有较低的正向导通电压，一般为0.3 V左右， 且有更好的高频特性。
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PN结二极管
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肖特基二极管
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肖特基二极管与PN结二极管的差异
Wm
Ec
qPS
qVD Wm Ws
Ec
EF
qPS
Ev qVD Ws Wm (a)
EF
Ev
(b)
金属和p型半导体接触能带图
(a) p型阻挡层(Wm<Ws) (b) p型反阻挡层(Wm>Ws)
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形成n型和p型阻挡层的条件
n型 p型 反阻挡层 阻挡层
2 a
基本工作原理
在夹断条件下，漏电流有非常微小的下 降。 因此，晶体管可以用作电压控制的开关。
VT=Vbi-Vp
其中VT表示阈值电压，只有VGS超过VT， 器件才能有导电沟道，而进入导通状态。
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基本工作原理
微波器件最常用的品质因数是增益带宽、最 高振荡频率和截止频率。 截止频率定义为MESFET短路电流增益下降 为1时的频率。
金属和半导体接触而产生的电势差vms半导体表面有空间电荷区空间电荷区内有电场电场造成能带弯曲能带向上弯曲qv半导体器件中国计量学院光电学院接触电势差一部分降落在空间电荷区另一部分降落在金属和半导体表面之间若d原子间距电子可自由穿过间隙半导体器件中国计量学院光电学院半导体一边的势垒高度qvqv金属一边的势垒高度半导体器件中国计量学院光电学院半导体表面形成一个正的空间电荷区电场方向由体内指向表面v半导体表面电子的能量高于体内的能带向上弯曲即形成表面势垒当金属与n型半导体接触在势垒区中空间电荷主要由电离施主形成电子浓度要比体内小得多因此它是一个高阻的区域常称为阻挡层
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q[(Vs )0 V ]
V 与 (Vs)0 同符号时，阻挡层势垒提高 V 与 (Vs)0 反符号时，阻挡层势垒下降
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因 Vs<0， V, 势垒下降越多， 正向电流越大
qns
－q[(Vs)0+V] qV
(b) V > 0
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金属中的电子要越过很高的势垒 qns，所以反向电 流很小。 同时qns不随V变，所以从金到半的电子流恒定。
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对于GaAs肖特基二极管，这个
开启电压的典型值是0.7V。 因此Vds电压必须低于这个开启 电压。 从而导致要想制造包含大量增强 型MESFET的电路非常的困难。
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GaAs MESFETs 在微波电路中有着普遍 广泛和重要的应用。 实际上，直到80年代，几乎所有的微波集 成电路都是GaAs MESFETs。 仅管有更复杂性能更好的器件出现，但 MESFET在微波领域的功放、开关方面仍 然占据着主导地位。
EC
Vm: 金属的电势 Vs: 半导体的电势
EV
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（b）间隙很大 (D>原子间距)
平衡时, 无电子的净流动。相对于(EF)m, 半导体 的(EF)s下降了
q(Vs Vm ) Wm Ws Ws Wm Vms Vm Vs q
接触电势差: 金属和半导体接触而产生的电势差 Vms.
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当金属与n型半导体接触 Wm>Ws 半导体表面形成一个正的空间电荷区 电场方向由体内指向表面 (Vs<0) 半导体表面电子的能量高于体内的，能 带向上弯曲，即形成表面势垒 在势垒区中，空间电荷主要由电离施主形成， 电子浓度要比体内小得多，因此它是一个高 阻的区域，常称为阻挡层。
基本工作原理
如果电压进一步增加，所加的电场将会进一 步增加，以至于超过电子达到饱和速度所需 的电场。 在大偏压的条件下， ID 的另一个表达式成 立了，它将沟道参数和电流直接联系起来：
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基本工作原理
上述表达式忽略了寄生电阻 RS 和RD. 其中， Z 表示沟道宽度; b(x)是沟道有效 深度; q, 电子电荷; n(x) 是电子浓度; v(x), 是电子的速度, 与穿过沟道的电场有关。 注意：当v(x) 饱和时， ID 也会饱和。 这个饱和电流就称为IDSS.
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q(Vs Vm )
q
Wm
EF
qnS
qVD
En
EC
半导体表面有空间 电荷区 空间电荷区内有电场 电场造成能带弯曲
_
+
E
EV
因表面势 Vs < 0
能带向上弯曲
（c）紧密接触
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接触电势差一部分降落在空间电荷区, 另一 部分降落在金属和半导体表面之间
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MESFET 应用
对于MESFETs， GaAs 优于 Si 源于两个 重要的优势:
2 a
基本工作原理
在夹断条件下，漏电流有非常微小的下 降。 因此，晶体管可以用作电压控制的开关。
VT=Vbi-Vp
其中VT表示阈值电压，只有VGS超过VT， 器件才能有导电沟道，而进入导通状态。
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基本工作原理
微波器件最常用的品质因数是增益带宽、最 高振荡频率和截止频率。 截止频率定义为MESFET短路电流增益下降 为1时的频率。
最重要的差异是肖特基二极管仅仅只有 单一类型的载流子（即多子）。 少数载流子的缺失意味着存储电荷的效 应不再存在。 因此，肖特基二极管很适于快速开关应 用。
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MESFET
Metal Semiconductor Field Effect Transistors
肖特基势垒二极管的正向电流，主要是由半 导体中的多数载流子进入金属形成的，此二极 管将有较低的正向导通电压，一般为0.3 V左右， 且有更好的高频特性。
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PN结二极管
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肖特基二极管
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肖特基二极管与PN结二极管的差异
电子的亲合能
E0
q
Ws
EC EF EV
q E0 EC
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2.接触电势差
Wm Ws
q Ws
E0
Wm
En
EC
( EF ) m
( EF ) s
Ev
(a) 接触前
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q(Vs Vm )
Wm
EF
D
q
Ws
En
金属表面负电 半导体表面正电
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基本工作原理
不考虑栅极，器件的结构和I-V特性如图所示： 当源和漏之间加一个小的电压时，两个电极之间 会有电流流过； 当较小的电压增加时，电流呈线性增加。
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基本工作原理
无栅MESFET简图及 I–V 特性
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当金属与n型半导体接触
Wm<Ws
半导体表面形成一个负的空间电荷区 电场方向由表面指向体内(Vs>0) 半导体表面电子的能量低于体内的，能 带向下弯曲
在空间电荷区中，电子浓度要比体内大得多， 因此它是一个高电导的区域，称为反阻挡层。
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反阻挡层薄, 高电导, 对接触电阻影响小
Ec Ws-Wm
-Wm
EF
Ev
金属和 n 型半导体接触能带图 (Wm<Ws)
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当金属与 p 型半导体接触
Wm Ws
能带向上弯曲, 形成 p 型反阻挡层
Wm Ws
能带向下弯曲, 造成空穴的势垒,
形成 p 型阻挡层
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基本工作原理
沟道深度的不均匀对器件的运行会产生两个影 响。 第一，在耗尽区靠近源极一侧，会形成电子积 累；而在耗尽区靠近漏极一侧，则形成电子耗 尽。 这些电荷形成的偶极子会在漏极和沟道之间产 生反馈电容，称为CDC. 第二，偶极子的电场会叠加在原来的电场之上， 在较低的VD下，导致饱和条件的发生。
sat fT 2 2L
1
对于 GaAs，在典型沟道掺杂时， vsat 大约为 6 x1010 mm/s，对于大于 10 GHz的fT，栅长L必须 小于 1 mm。受工艺和击穿电场的双重限制，L的 极限值是0.1 mm。
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基本工作原理
栅对沟道的有效控制要求栅长L必须大于 沟道深度a，即L/a > 1. 对于大多数GaAs MESFETs ，要求沟道 深度在0.05 到 0.3 mm 之间。 小的沟道深度需要沟道内的载流子浓度 尽可能的高以维持大电流。
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MESFET
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n-MESFET 的 I-V 特性
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与MOSFET相比， MESFET最显著的优 势是沟道载流子的高迁移率； MESFET结构的缺点则是肖特基栅的存 在； 肖特基二极管的开启电压限制了 MESFET的正向偏压。
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基本结构
高掺杂的N+层在表面生长，用来形成欧姆 接触，在沟道区这一层是被刻蚀掉的。 或者，可以通过离子注入的方法形成源漏 的欧姆接触区。 源漏接触区之间，会制造一个整流接触也 就是肖特基接触。 典型的欧姆接触是 Au–Ge，肖特基接触是 Ti–Pt–Au。
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microwave spectrum
微波是波长为1～1000毫米的波，按其波 长不同分为若干波段：
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GaAs MESFET
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基本结构
基本材料是GaAs衬底。 缓冲层在GaAs衬底之上外延生成，用来 隔绝衬底中的缺陷。 沟道或导电层是一层非常薄的轻掺杂的半 导体N型层，外延生长在缓冲层之上。 对于微波晶体管，由于GaAs的电子迁移 率几乎是空穴的20倍，因此导电沟道层几 乎都是N型层。
Wm>Ws Wm<Ws
阻挡层 反阻挡层
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金属半导体接触整流理论
是指阻挡层的整流理论，以n型半导体为例。
无外加电压 时，表面势为(Vs)0
qns
qVD =－q(Vs)0
(a) V=0
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如果在金属和半导体之间加上有外加 电压时，阻挡 层将发生什么变化？ 假设，外加一个电压V，则表面势为(Vs)0＋V。 电子势垒高度为
第四章 金属半导体场效应 晶体管
中国计量学院光电学院
金属半导体接触及能级图
1. 金属和半导体的功函数
金属中的电子绝大多数所处的能级都低于体外能级。
金属功函数的定义: 真空中静止电子的能量 E0 与 金 属的 EF 能量之差，即