第五章复习 (2)
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五、MOSFET可分为（ ）（ ）（ ）（ ）四类，其中易于加工的是 （ ）和（ ）两类。
6.3、在一掺杂为1015cm－3的P-Si片上制作Al 栅 MOSFET。氧化层厚度为120nm。在SiO2-Si界 面上的表面电荷为3×1011cm－2。试计算其阈 值电压, 并分析计算结果。
N MOSFET ( P 衬底 )
6.8 已知某n沟MOSFET的下列参数： tox＝150nm, μn＝500cm2/VS, L=4um, W=100um, VT＝0.5V。 (1) 计算VGS＝4V 时的 饱和区跨导gms. (2) 计算该器件的截止频率fT和跨导截止频率fgm
（2）计算截止频率
4 3
L2
VGS
VT
4 4104 2
计算W/L
COX
0OX
tox
8.851014 120 107
3.9
2.876 108
F
cm2
W
gms
L COX n VGS VT
1.5 103 2.876108 4 500
26.1
6.8 已知某n沟MOSFET的下列参数： tox＝150nm, μn＝500cm2/VS, L=4um, W=100um, VT＝0.5V。 (1) 计算VGS＝4V 时的 饱和区跨导gms. (2) 计算该器件的截止频率fT和跨导截止频率fgm
非饱和区 |VDS | < |VDSat |
I DS
VGS
VT
VDS
1 2
VD2S
饱和区 |VDS|≥|VDSat|
I DS
2
VGS VT
2
pWCOX （6.4.11）
L
VDSat VGS VT
4. 一增强型P沟道MOSFET, VT = －2.5V， L=10um,
W=300um, μp＝230cm2/VS ，tOX=100nm. 试计算当VG＝－8V时，VDS分别为－4V与－6V时的IDS
公式 gm VGS VT （6.5.3）
nWCOX
L
（6.4.11）
4
L2
3 VGS VT
τ与ωT ωgm的关系
gm
5
T
2
6.8 已知某n沟MOSFET的下列参数： tox＝150nm, μn＝500cm2/VS, L=4um, W=100um, VT＝0.5V。 (1) 计算VGS＝4V 时的 饱和区跨导gms. (2) 计算该器件的截止频率fT和跨导截止频率fgm
第5章 MOSFET例题
课堂练习 一
一、名词解释
1、耗尽
2、反型
3、弱反型
4、强反型
5、导电沟道 6、阈值电压
二、画出P型半导体在积累、耗尽、弱反型、强反型状态下的能带 图。
三、画出ENMOSFET的纵向结构图，并简述其工作原理
四、说明阈值电压公式中A、B、C、D各项的含义
VT
ms
QOX COX
QB COX
2F
A B CD 五、在一掺杂为1015cm－3的P型Si片上制作Al 栅MOSFET。氧化层
厚度为120nm。在SiO2-Si界面上的表面电荷为3×1011cm－2。 试计算其阈值电压, 并分析计算结果。
课堂练习 一
一、画出N型半导体在积累、耗尽、弱反型、强反型状态下的能带 图。
解：求VS （费米势）
F
kT q
ln
NA ni
0.026
ln
1015 1.5 1010
0.289V
VS 2F 20.289 0.578V
6.3、在一掺杂为1015cm－3的P-Si片上制作Al 栅MOSFET。 氧化层厚度为120nm。在SiO2-Si界面上的表面电荷为 3×1011cm－2。试计算其阈值电压.并分析计算结果。
4.1 4.899 0.799V
6.3、在一掺杂为1015cm－3的P-Si片上制作Al 栅MOSFET。 氧化层厚度为120nm。在SiO2-Si界面上的表面电荷为 3×1011cm－2。试计算其阈值电压.并分析计算结果。
解：求Qox/Cox
QOX COX
31011 1.61019 2.88108
公式
IDSat
2
VGS VT
2
(6.4.14)
nWCOX （6.4.11）
L
gm VGS VT （6.5.3）
6.6 E型NMOSFET，在VGS＝5.5V时测得其饱和漏源 电流IDSat＝3mA，跨导gms＝1.5ms，若其栅氧化层厚度 tox＝120nm，μn＝500cm2/VS，试求其VT及W/L。
厚度为150nm,
为1012cm－2，设金属铝和P-Si的功函
数差为－0.8eV，试确定该NMOSFET是耗尽型还是增强型器
件？
6.6 E型NMOSFET，在VGS＝5.5V时测得其饱和漏源 电流IDSat＝3mA，跨导gms＝1.5ms，若其栅氧化层厚度 tox＝120nm，μn＝500cm2/VS，试求其VT及W/L。
3 5004 0.5
1.221010 S
f gm
gm 2
5
2
6.5GHz
fT
T 2
2
2
2.6GHz
6.1 试制一硅NMOSFET，衬底掺杂浓度为5×1015cm－3，栅氧化 层厚度为150nm，表面态密度为1012cm－2，设金属铝和P-Si的功函 数差为－0.8eV，试确定该NMOSFET是耗尽型还是增强型器件？
三、已知某n沟MOSFET的下列参数：
tox＝150nm, μn＝500cm2/VS, L=4um, W=100um, VT＝0.5V。 (1) 计算VGS＝4V 时的 饱和区跨导gms. (2) 计算该器件的截止频率fT和跨导截止频率fgm
四*、试制一硅NMOSFET, 衬底掺杂浓度为wk.baidu.com×1015cm－3, 栅氧化层
公式N MOSFET ( P 衬底 )
VT VOX VS VFB
Vs 2F
VOX
QB COX
F
kT q
ln
NA ni
F 0
1
QB 2 s0qN AVS 2
COX
OX 0
tOX
VFB
ms
QOX COX
qms qm qS qm qS
qs
q
Eg 2
qF
6.1 试制一硅NMOSFET，衬底掺杂浓度为5×1015cm－3，栅氧化 层厚度为150nm，表面态密度为1012cm－2，设金属铝和P-Si的功函 数差为－0.8eV，试确定该NMOSFET是耗尽型还是增强型器件？
解： VDSat VGS VT 8 2.5 5.5V
当VDS 6V时，VDS VDSat 饱和区
IDSat
2
VGS VT
2
2.38104 5.52 3.6mA
2
4. 一增强型P沟道MOSFET, VT = －2.5V， L=10um,
W=300um, μp＝230cm2/VS ，tOX=100nm. 试计算当VG＝－8V时，VDS分别为－4V与－6V时的IDS
解：
当VDS 4V时，VDS VDSat 非饱和区
I DS
VGS
VT
VDS
1 2
VD2S
2.38
104
5.5
4
42 2
3.3
mA
课堂练习 三
一、画出MOSFET交流小信号下的 的名称和含义。
等效电路，并说明每一元件
二、E型NMOSFET，在VGS＝5.5V时测得其饱和漏源电流IDSat＝ 3mA，跨导gms＝1.5ms，若其栅氧化层厚度tox＝120nm，μn＝ 500cm2/VS，试求其VT及W / L。
VT VOX VS VFB
Vs 2F
VOX
QB COX
F
kT q
ln
NA ni
F 0
1
QB 2 s0qN AVS 2
COX
OX 0
tOX
VFB
ms
QOX COX
qms qm qS qm qS
qs
q
Eg 2
qF
6.3、在一掺杂为1015cm－3的P-Si片上制作Al 栅MOSFET。 氧化层厚度为120nm。在SiO2-Si界面上的表面电荷为 3×1011cm－2。试计算其阈值电压, 并分析计算结果。
1.67V
VFB
ms
QOX COX
0.799 1.67 2.469V
求VT
VT VOX VS VFB 0.486 0.578 2.469 1.405V
VT<0 由此可见该NMOSFET为耗尽型
课堂练习 二
1、分别画出增强型NMOSFET在
① VDS << VDSat
② VDS < VDSat
4. 一增强型P沟道MOSFET, VT = －2.5V， L=10um, W=300um, μp＝230cm2/VS ，tOX=100nm. 试计算当VG＝－8V时，VDS分别为－4V与－6V时 的IDS
公式总结 ( P沟道 )
VDS
IDS
线性区 |VDS|<<|VDSat| IDS VGS VT VDS
计算VT
IDsat 2 VGS VT gms VGS VT
2
I Dsat
gms 2
VGS VT
VGS
VT
2I Dsat gms
23 4 V 1.5
VT VGS 4 5.5 4 1.5V
6.6 E型NMOSFET，在VGS＝5.5V时测得其饱和漏源 电流IDSat＝3mA，跨导gms＝1.5ms，若其栅氧化层厚度 tox＝120nm，μn＝500cm2/VS，试求其VT及W/L。
二、画出PMOSFET的纵向结构图，并简述其工作原理 三 、说明阈值电压公式中A、B、C、D各项的含义
VT
ms
QOX COX
QB COX
2F
A B CD
四、在一掺杂为1015cm－3的P型Si片上制作Al 栅MOSFET。氧化层 厚度为120nm。在SiO2-Si界面上的表面电荷为3×1011cm－2。 试计算其阈值电压, 并分析计算结果。
解：计算β
COX
OX 0
tOX
3.9 8.854 1014 100 107
3.45108
F
cm2
W 300 30 L 10
pCOX
W L
2303.45108 30 2.38104
三. 一增强型P沟道MOSFET, VT = －2.5V， L=10um,
W=300um, μp＝230cm2/VS ，tOX=100nm. 试计算当VG＝－8V时，VDS分别为－4V与－6V时的IDS
计算 VOX
计算 QB
1
QB 2 s0qN AVS 2
28.851014 11.81.61019 51015 0.661
3.3233108 C cm2
计算 Cox
COX
0 S
tox
8.851014 150 107
（1）计算饱和跨导
g V V ( )
ms
GS
T
计算β
COX
OX 0
tOX
3.9 8.854 1014 150 107
2.3108
F
cm2
nCOXW 500 2.3108 100 2.88104
L
4
计算饱和区跨导
g V V ( )
ms
GS
T
2.88104 4 0.5 0.001s
③ VDS = VDsat
④ VDS > VDSat
时沟道电荷与耗尽层电荷的分布图
2、VGS 、VBS控制IDS的机理有何区别？
3、什么是 “沟长调制效应”？ 什么是 “漏端电场静电 反馈效应”，说明饱和区IDS不饱和的原因。
4、 一增强型P沟道MOSFET, VT = - 2.5V， L=10um, W=300um, μp=230cm2/VS , tOX=100nm。 当VG= - 8V时, 试计算VDS分别为- 4V与- 6V时的IDS
解：求VOX
COX
OX 0
tOX
3.9 8.854 1014 120 107
2.88108
F
cm2
1
QB 2 s0qN AVS 2
1
21.061012 1.61019 1015 0.578 2
1.4108 C / cm2
VOX
QB COX
1.4 108 2.88 108
0.486V
6.3、在一掺杂为1015cm－3的P-Si片上制作Al 栅MOSFET。 氧化层厚度为120nm。在SiO2-Si界面上的表面电荷为 3×1011cm－2。试计算其阈值电压.并分析计算结果。
解：求φms
qS
q
Eg 2
qF
4.05 1.12 0.289 4.899eV
2
ms m s
计算 Vs
计算 φF 计算 VS
FP
KT q
ln
NA ni
0.026 ln 51015
1.5 1010
0.3306V
Vs 2F
20.3306 0.661V
6.1 试制一硅NMOSFET，衬底掺杂浓度为5×1015cm－3，栅氧化 层厚度为150nm，表面态密度为1012cm－2，设金属铝和P-Si的功函 数差为－0.8eV，试确定该NMOSFET是耗尽型还是增强型器件？
6.3、在一掺杂为1015cm－3的P-Si片上制作Al 栅 MOSFET。氧化层厚度为120nm。在SiO2-Si界 面上的表面电荷为3×1011cm－2。试计算其阈 值电压, 并分析计算结果。
N MOSFET ( P 衬底 )
6.8 已知某n沟MOSFET的下列参数： tox＝150nm, μn＝500cm2/VS, L=4um, W=100um, VT＝0.5V。 (1) 计算VGS＝4V 时的 饱和区跨导gms. (2) 计算该器件的截止频率fT和跨导截止频率fgm
（2）计算截止频率
4 3
L2
VGS
VT
4 4104 2
计算W/L
COX
0OX
tox
8.851014 120 107
3.9
2.876 108
F
cm2
W
gms
L COX n VGS VT
1.5 103 2.876108 4 500
26.1
6.8 已知某n沟MOSFET的下列参数： tox＝150nm, μn＝500cm2/VS, L=4um, W=100um, VT＝0.5V。 (1) 计算VGS＝4V 时的 饱和区跨导gms. (2) 计算该器件的截止频率fT和跨导截止频率fgm
非饱和区 |VDS | < |VDSat |
I DS
VGS
VT
VDS
1 2
VD2S
饱和区 |VDS|≥|VDSat|
I DS
2
VGS VT
2
pWCOX （6.4.11）
L
VDSat VGS VT
4. 一增强型P沟道MOSFET, VT = －2.5V， L=10um,
W=300um, μp＝230cm2/VS ，tOX=100nm. 试计算当VG＝－8V时，VDS分别为－4V与－6V时的IDS
公式 gm VGS VT （6.5.3）
nWCOX
L
（6.4.11）
4
L2
3 VGS VT
τ与ωT ωgm的关系
gm
5
T
2
6.8 已知某n沟MOSFET的下列参数： tox＝150nm, μn＝500cm2/VS, L=4um, W=100um, VT＝0.5V。 (1) 计算VGS＝4V 时的 饱和区跨导gms. (2) 计算该器件的截止频率fT和跨导截止频率fgm
第5章 MOSFET例题
课堂练习 一
一、名词解释
1、耗尽
2、反型
3、弱反型
4、强反型
5、导电沟道 6、阈值电压
二、画出P型半导体在积累、耗尽、弱反型、强反型状态下的能带 图。
三、画出ENMOSFET的纵向结构图，并简述其工作原理
四、说明阈值电压公式中A、B、C、D各项的含义
VT
ms
QOX COX
QB COX
2F
A B CD 五、在一掺杂为1015cm－3的P型Si片上制作Al 栅MOSFET。氧化层
厚度为120nm。在SiO2-Si界面上的表面电荷为3×1011cm－2。 试计算其阈值电压, 并分析计算结果。
课堂练习 一
一、画出N型半导体在积累、耗尽、弱反型、强反型状态下的能带 图。
解：求VS （费米势）
F
kT q
ln
NA ni
0.026
ln
1015 1.5 1010
0.289V
VS 2F 20.289 0.578V
6.3、在一掺杂为1015cm－3的P-Si片上制作Al 栅MOSFET。 氧化层厚度为120nm。在SiO2-Si界面上的表面电荷为 3×1011cm－2。试计算其阈值电压.并分析计算结果。
4.1 4.899 0.799V
6.3、在一掺杂为1015cm－3的P-Si片上制作Al 栅MOSFET。 氧化层厚度为120nm。在SiO2-Si界面上的表面电荷为 3×1011cm－2。试计算其阈值电压.并分析计算结果。
解：求Qox/Cox
QOX COX
31011 1.61019 2.88108
公式
IDSat
2
VGS VT
2
(6.4.14)
nWCOX （6.4.11）
L
gm VGS VT （6.5.3）
6.6 E型NMOSFET，在VGS＝5.5V时测得其饱和漏源 电流IDSat＝3mA，跨导gms＝1.5ms，若其栅氧化层厚度 tox＝120nm，μn＝500cm2/VS，试求其VT及W/L。
厚度为150nm,
为1012cm－2，设金属铝和P-Si的功函
数差为－0.8eV，试确定该NMOSFET是耗尽型还是增强型器
件？
6.6 E型NMOSFET，在VGS＝5.5V时测得其饱和漏源 电流IDSat＝3mA，跨导gms＝1.5ms，若其栅氧化层厚度 tox＝120nm，μn＝500cm2/VS，试求其VT及W/L。
3 5004 0.5
1.221010 S
f gm
gm 2
5
2
6.5GHz
fT
T 2
2
2
2.6GHz
6.1 试制一硅NMOSFET，衬底掺杂浓度为5×1015cm－3，栅氧化 层厚度为150nm，表面态密度为1012cm－2，设金属铝和P-Si的功函 数差为－0.8eV，试确定该NMOSFET是耗尽型还是增强型器件？
三、已知某n沟MOSFET的下列参数：
tox＝150nm, μn＝500cm2/VS, L=4um, W=100um, VT＝0.5V。 (1) 计算VGS＝4V 时的 饱和区跨导gms. (2) 计算该器件的截止频率fT和跨导截止频率fgm
四*、试制一硅NMOSFET, 衬底掺杂浓度为wk.baidu.com×1015cm－3, 栅氧化层
公式N MOSFET ( P 衬底 )
VT VOX VS VFB
Vs 2F
VOX
QB COX
F
kT q
ln
NA ni
F 0
1
QB 2 s0qN AVS 2
COX
OX 0
tOX
VFB
ms
QOX COX
qms qm qS qm qS
qs
q
Eg 2
qF
6.1 试制一硅NMOSFET，衬底掺杂浓度为5×1015cm－3，栅氧化 层厚度为150nm，表面态密度为1012cm－2，设金属铝和P-Si的功函 数差为－0.8eV，试确定该NMOSFET是耗尽型还是增强型器件？
解： VDSat VGS VT 8 2.5 5.5V
当VDS 6V时，VDS VDSat 饱和区
IDSat
2
VGS VT
2
2.38104 5.52 3.6mA
2
4. 一增强型P沟道MOSFET, VT = －2.5V， L=10um,
W=300um, μp＝230cm2/VS ，tOX=100nm. 试计算当VG＝－8V时，VDS分别为－4V与－6V时的IDS
解：
当VDS 4V时，VDS VDSat 非饱和区
I DS
VGS
VT
VDS
1 2
VD2S
2.38
104
5.5
4
42 2
3.3
mA
课堂练习 三
一、画出MOSFET交流小信号下的 的名称和含义。
等效电路，并说明每一元件
二、E型NMOSFET，在VGS＝5.5V时测得其饱和漏源电流IDSat＝ 3mA，跨导gms＝1.5ms，若其栅氧化层厚度tox＝120nm，μn＝ 500cm2/VS，试求其VT及W / L。
VT VOX VS VFB
Vs 2F
VOX
QB COX
F
kT q
ln
NA ni
F 0
1
QB 2 s0qN AVS 2
COX
OX 0
tOX
VFB
ms
QOX COX
qms qm qS qm qS
qs
q
Eg 2
qF
6.3、在一掺杂为1015cm－3的P-Si片上制作Al 栅MOSFET。 氧化层厚度为120nm。在SiO2-Si界面上的表面电荷为 3×1011cm－2。试计算其阈值电压, 并分析计算结果。
1.67V
VFB
ms
QOX COX
0.799 1.67 2.469V
求VT
VT VOX VS VFB 0.486 0.578 2.469 1.405V
VT<0 由此可见该NMOSFET为耗尽型
课堂练习 二
1、分别画出增强型NMOSFET在
① VDS << VDSat
② VDS < VDSat
4. 一增强型P沟道MOSFET, VT = －2.5V， L=10um, W=300um, μp＝230cm2/VS ，tOX=100nm. 试计算当VG＝－8V时，VDS分别为－4V与－6V时 的IDS
公式总结 ( P沟道 )
VDS
IDS
线性区 |VDS|<<|VDSat| IDS VGS VT VDS
计算VT
IDsat 2 VGS VT gms VGS VT
2
I Dsat
gms 2
VGS VT
VGS
VT
2I Dsat gms
23 4 V 1.5
VT VGS 4 5.5 4 1.5V
6.6 E型NMOSFET，在VGS＝5.5V时测得其饱和漏源 电流IDSat＝3mA，跨导gms＝1.5ms，若其栅氧化层厚度 tox＝120nm，μn＝500cm2/VS，试求其VT及W/L。
二、画出PMOSFET的纵向结构图，并简述其工作原理 三 、说明阈值电压公式中A、B、C、D各项的含义
VT
ms
QOX COX
QB COX
2F
A B CD
四、在一掺杂为1015cm－3的P型Si片上制作Al 栅MOSFET。氧化层 厚度为120nm。在SiO2-Si界面上的表面电荷为3×1011cm－2。 试计算其阈值电压, 并分析计算结果。
解：计算β
COX
OX 0
tOX
3.9 8.854 1014 100 107
3.45108
F
cm2
W 300 30 L 10
pCOX
W L
2303.45108 30 2.38104
三. 一增强型P沟道MOSFET, VT = －2.5V， L=10um,
W=300um, μp＝230cm2/VS ，tOX=100nm. 试计算当VG＝－8V时，VDS分别为－4V与－6V时的IDS
计算 VOX
计算 QB
1
QB 2 s0qN AVS 2
28.851014 11.81.61019 51015 0.661
3.3233108 C cm2
计算 Cox
COX
0 S
tox
8.851014 150 107
（1）计算饱和跨导
g V V ( )
ms
GS
T
计算β
COX
OX 0
tOX
3.9 8.854 1014 150 107
2.3108
F
cm2
nCOXW 500 2.3108 100 2.88104
L
4
计算饱和区跨导
g V V ( )
ms
GS
T
2.88104 4 0.5 0.001s
③ VDS = VDsat
④ VDS > VDSat
时沟道电荷与耗尽层电荷的分布图
2、VGS 、VBS控制IDS的机理有何区别？
3、什么是 “沟长调制效应”？ 什么是 “漏端电场静电 反馈效应”，说明饱和区IDS不饱和的原因。
4、 一增强型P沟道MOSFET, VT = - 2.5V， L=10um, W=300um, μp=230cm2/VS , tOX=100nm。 当VG= - 8V时, 试计算VDS分别为- 4V与- 6V时的IDS
解：求VOX
COX
OX 0
tOX
3.9 8.854 1014 120 107
2.88108
F
cm2
1
QB 2 s0qN AVS 2
1
21.061012 1.61019 1015 0.578 2
1.4108 C / cm2
VOX
QB COX
1.4 108 2.88 108
0.486V
6.3、在一掺杂为1015cm－3的P-Si片上制作Al 栅MOSFET。 氧化层厚度为120nm。在SiO2-Si界面上的表面电荷为 3×1011cm－2。试计算其阈值电压.并分析计算结果。
解：求φms
qS
q
Eg 2
qF
4.05 1.12 0.289 4.899eV
2
ms m s
计算 Vs
计算 φF 计算 VS
FP
KT q
ln
NA ni
0.026 ln 51015
1.5 1010
0.3306V
Vs 2F
20.3306 0.661V
6.1 试制一硅NMOSFET，衬底掺杂浓度为5×1015cm－3，栅氧化 层厚度为150nm，表面态密度为1012cm－2，设金属铝和P-Si的功函 数差为－0.8eV，试确定该NMOSFET是耗尽型还是增强型器件？