微电子器件与电路
本课程是“器件、电路和系统”方面的重要课程。课程覆盖了微电子器件的建模，基本微电子电路分析和设计，半导体 p-n结以及MOS器件，器件内部的物理过程与器件电子性能的关系，电路模型的发展以及各种模型的理解和使用及其局限性。课程使用增量大信号技术分析和设计双极型和场效应管电路，数字电路举例，差分线性放大电路以及其它集成电路。 • 系美国麻省理工学院(MIT)电气工程与计算机科学系教学课程 • 由中国开放教育资源协会(CORE)委托大连理工大学教授翻译及大连民族学院教授审校 • 左侧栏可查阅教学资源和测试习题 [ 阅读全文 ]

概论，本征半导体,化学键结构，空穴和电子。掺杂，施主和受主，杂质半导体中的no和po；热平衡，动态平衡过程，nopo的生成。

均匀励磁；均匀电场和漂移，均匀光学注入，低水平注入，少数载流子的寿命，通解。

非均匀的注入和/或者掺杂，扩散，连续性/守恒，五个基本的方程。

漂移问题中的五个基本方程的线性化和去耦。状态；德拜长度， LDx,和介电松驰时间，τD 少数载流子的扩散，关于n'的扩散方程；通解；边界条件；已知n'求n, p, Je, Jh, Ex 的方法。

热平衡状态下非均匀掺杂材料，静电势(用爱因斯坦关系式)，泊松方程，掺杂缓变时的no(x), po(x), Φ(x)；准中性近似值；外部德拜长度, LDx. p-n 结突变。

在热平衡状态下的突变p-n结；耗尽近似； W, xn, xp, Epk, Φb的公式，偏置p-n结的模型扩展，讨论什么条件下可以用(Φb - vA)代替Φb。

正向偏置，突变p-n结，载流子动态平衡/穿过空间电荷区；电荷漂移，I-V的推导，通过正向和反向偏置的短基区p-n二极管载流子数目分布曲线。

复习二极管电流，QN区域过剩的电荷存储和扩散电容；介绍BJT结构和双极晶体管(BJT)的工作原理；推导正向工作区npn型BJT电流表达式；介绍基极和发射级的缺陷。

叠加，npn的埃伯斯－莫尔模型α和β的表达式，大信号BJT的特性和模型：工作范围；在正向作用区的有效近似模型，β-模型，讨论工作范围和模型的局限性；非理想器件。

其它的 p-n 结器件 ( 测试复习 ) ： LEDs ，发光二极管，太阳能电池和光电二极管。

MOS结构，讨论积累，耗尽和反型层，对MOS电容器应用耗尽近似研究沟道电荷与栅极电压的关系。平带电压，阈值电压。发光二极管和光电二极管的讨论。

MOSFET缓变沟道i-v近似特性；二次逼近，夹断电压的讨论，工作区。MOSFET 漏极电流模型，MOSFET缓变沟道近似。

静态大信号BJT和MOSFET模型的总结。增强型： 基区宽度/沟道宽度调制(厄利影响)；电荷存储(BJT和MOSFET中的扩散和耗尽储备)。

BJT(混合n型)和MOSFET的增量模型，npn对pnp；n沟道对p沟道；go，厄利电压；电容，稳定工作点的重要性。

基本的反相器为数字逻辑的基本单元，寄存器，性能指标，首先从MOS逻辑开始；反相器的选择；为什么选择CMOS。反相器分析与设计，反相器开关瞬态分析。

CMOS的优越性：逻辑性质—逻辑摆幅，速度，功率，可制造性和存储单元，CMOS 门延迟。

体管放大器开始；以共源极为例，性能指标：电压，电流和功率增益；输入输出阻抗，中频带频率范围的概念。

基本的单级晶体管放大器。共基极/栅极，射极/源极跟随器，简并半导体-射极/-源极；特性和分析，二端模型。

差分放大器：大信号分析和传输特性；增量分析和半电路法。

普通差分放大器，电流源偏置电路，正向作用区的最大的增益；线性负载，非线性负载。

有源负载：Lee负载；电流镜像负载；双端到单端输出转化，多级放大器；偏置，负载选择，CMOS的应用和优势。

中频带范围；在高频率多级放大器分析的时间常数的开路和短路法，共射极/共源极的高频增益；米勒电容。戴维宁等效，MOSFET管小信号模型。

看一下商业运放(741)的设计；讨论一些特殊的场合 (达林顿管，共射共基极放大器，下拉上拉，等等) 利用电容器设计稳定的电路，详述共射共基极放大器用于多级放大级；大的输出阻抗，优越的高频性能。

MOSFET和BJT的高频性能的限制： wα, wβ, wt. 准静态近似。

CMOS 门极延迟和功率估计；与器件大小关系，门规模，门规模举例： 386/486/Pentium。CMOS 门延迟，功率 ，和门规模。

对IC产业，模拟和数字电路的总结，课程复习及对后续科目的学习提出建设性的建议。