Puolijohdekomponenttien perusteet A Ratkaisut 6, Kevät 2017

Transkriptio

1 OY/PJKOMP R6 017 Puolijohdoponnin pru 571A Riu 6, Kvä MOSondnori (MlOxidSiconducor) oouu ninä uii lli hil, oidiriä j doupu puolijoh (Kuv 1). Idlii hilll u jänni G ippuu oidirro jännin vrrn j puolijohn hjnnlu jännin ψ vrrn. G + SiO p Si Kuv 1. Priuv MOSondnori, jon ri on piioidi j puolijohd p pin piiä. () Hiljännin v ppin puolijohn oidin puolinn pin l hjnä uoi j pinnn lähidä nrgii Ec, Ev j Ei ipuv pin x funion. N ällä hiljännillä hjnnlu on lvinn puolijohn pinn äidll W650 n. hjnnlun lv dn ll vll uin iiin pnliion pu, un oliin lun lviävän vin hioin doupuun puolijohn. W c W c 7 ( 6,5 ) ,60 0,31...V» 0,3 V 1 11,9 F/ (b) Oidin puolijohn puolinn hjnnlu iälää douppuoj ihdllä N, jon lun iälää vruih pinl ohi on W. Oidin liolv jänni dn jll ondnorin vru (pinl ohi) n pinill (pinl ohi) li 1,60 19» 3,9 + 1 j 3 0, V» 0,15V. n W 6,5 1 7 F/ W

2 OY/PJKOMP R6 017 Oidin li viuv ähönä E dn lun jännin vull E 0,15 V V/ 3 MV/. (c) Vv hiljänni on oidin liolvn jännin j puolijohn pinponilin u li + 0,15V + 0,3 V» 0,47 V G Jännin j ähönän rvo pin funion (äi hillrodi) on i irinä uv. Sähönä j ponili voidn uodo luonnollii Guin lin vull, un hiin iiin pnliion ohdll. Kuv. hävän MOSondnorin ähönä E j ponili ψ SiOhilriä j puolijohn hjnnlu pin (äi hillrodi) funion. (d) Jo puolijohd nii vhvn invrioon, n pinponilin ä oll ψ:n uuruinn. ällöin hilll ä uod nnjännin uuruinn jänni, jo on x j +, W

3 OY/PJKOMP R , ,9 11, F/ F/ 0,98 V ,98 V» 0,05V + 0,596V» 0,8 V. Puolijohn pinnnponili on ii invrion vi ψ, jo ψ on Frinrgioidn rou uodo Ei E F. q Kun dlliä uri uin (on), niin ppin puolijohll nrgirou Ei EF dn vll E E p n xp» N i F 0 i, jolloin ψ dn ppin puolijohll uooon Ei EF N ln. q q n i 3

4 OY/PJKOMP R6 017 Puolijohdoponnin pru 571A Riu 6, Kvä 017. hävää rlinn MOSrnn hdään n npin ubrill, jolloin invrio rin j puolijohn väliin n uoi oouv pnv. ään vuoi iä uun ö pmos:i. Molpin (n j pmos) pui nnjänni dn ll rlin rnn vll, j i j F + f + iä F on idliuud poivuu uvv fl bnd jänni, ϕ on llin j puolijohn öfunioidn rou (ϕ ϕ), j on hjnnlun iivru pinl ohi, i on rirron rduoiu vru pinl ohi, on oidirron pini pinl ohi j ψ(ei EF)/q on invrion inii rviv ponili puolijohn pinnll. Kun hilll uodn nnjännin uuruinn jänni, dn rjpinn iii johv nv (joo p i nppinn). pmos:n pu ubri on nppinn, jolloin on doupu donorill Nd. hjnnlun uodou piioj poiiivi donori jäävä hjnnlun, jon hjnnlun iivru j on fiivii poiiivinn. Suur ψ(ei EF)/q on puoln ngiivinn, o donoridouppu ihu Frion nouun, jolloin EF>Ei. nmos:n pu ri ov oiinpäin (o lpuolinn uluo). Oiniuu MOSrnn ppi nmos pmos Knvn ppi invrio n p Subrin puolijohn ppi p n ψ(ei EF)/q + hjnnlun iivru pinl ohi, j + () Ln nin pmos:n fl bnd jänni i F f i f f ( 4,8 4,51) V 1 1 3,9 F 0,508...V» 0,51V (b) Ko ä on npin puolijohd, niin Friojn välinn rou dn n EF Ei v n0 N d ni xp : Ł E i E q F N ln q Ł ni d 16 0,059 V ln» 0,358 V. Ł 4

5 OY/PJKOMP R6 017 Rlinn nnjänni dn, un idlin nnjännin liäään fl bndo: F j j j + F + F + ( dw ) + d F F + d + F ( 0,358 V) ( d ) ,51V 3,9 1 F/ ( 0,358V) Ł 0,51V 0,47 V +» 1,7 V 19 1 ( 1,60 11,9 F/ 0,358 V ) Knnjänni on pmos:ll ii ngiivinn. Ylnä vuppiiä rni rviv nnjänni on pmos:ll ngiivinn j nmos:ll poiiivinn. Suurill fl bnd jännin rvoill nv voi uodou iln uloi jänniä, jolloin rnn on uluppinn (uloinn jänni rvin uln uodounu nv). Eirii ngiivinn fl bnd jännin rvo pinnää rviv nnjänniä n MOS:n nvn uodoii. pmosrnll pä, u virillä fl bnd jännillä. (c) Kondnorin prri uv hiln onrolli invrio. MOSrnn prri dn nnjännin (iln fl bnd jänniä) j puolijohn pinponilin (vhv invrio) uhn li 0,47 V (0,358 V) 1,596...» 1, 6 (0,358 V) 5