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1 (field effect transistor FET) 都 不 理 不 FET (gate G ) FET (source S ) FET (drain D ) 流 流 不 流 流 洞流 利 流來 n (n-channel FET) 利 洞流來 p (p-channel FET)n FET n (channel) 流 流 p FET 洞 p (channel) 流 流 來 類 1 n p FET FET 利 數 數 (unipolar devices) 1 n p FET FET BJT 了 料 料 都 FET 年來 料 磊 料 降 FET FET 類 了 類來 來 FET 類 裡 兩 見 pn 金 類 (junction field effect transistor JFET) 金 (metal-oxide-semiconductor field effect transistor MOSFET) 1 理 裡 n JFET 例來 說 2(a) n JFET n 連 路 V G 兩 連 度 V n 度 t R DS =ρl/wt ρ n 率 W 度 L 度 pn n 度 都 n 度 t R DS 臨 n (pinch off) (pinch-off voltage)v p 裡 JFET

2 不 pn 流 流 零 pn 流 便 n JFET 流 流 流 V DS =V D -V S > V DS < 2 (b) n JFET 路 2 (a) n JFET (b) 路 3 n JFETV GS pn 度 tv DS 流 I D 4 V DS 不 V GS I D V DS V GS V R DS V DS I D V GS V p ( 裡 -2.V) 不 I D = BJT 類 3 n JFET 4 V DS 不 V GS I D V DS JFET V p -2V 論 V DS 不 不 度 不 I D V DS 5 V GS 例 -1VV DS I D V DS 藍 若 V DS V GS V GD 不 >V GS >V GD (=V GS -V DS ) V GS < V GD 說 pn 來 度 連 度 5(b) 度 V DS 來 I D V DS V DS 5 V GS V DS I D V DS 藍 若 V DS V GD =V p V DS V = V (1) GS p n 兩 5 (c) V DS V DSS V DS 度 L 略 度 L 略 連 度 狀 V DS 不 說 5 (d) X

3 V p V DS 兩 V XS 不 (=V DSS ) V DS 都降 L 論 V DS V GS -V p (=V DSS ) 都 V DS 流 I D V DS I D V DS 流 (constant-current)(saturation) 裡 BJT V DS V GS -V p (=V DSS )I D V DS (linear)(ohmic) 讀 5(c)(d) 了 不 不 說 不 6 5(d) X 流 n 降 讀 BJT 理 JFET BJT 類 6 n JFET X 7 不 V GS I D V DS V DSS (=V GS -V p ) V GS V GS 降 V DSS 降 V GS 流 I D (common-source output characteristics) 7 不 V GS I D V DS 7 易 V GS I D V GS -V p V DSS I D 8 I D V GS 來 V GS V p I D (V GS -V p ) 2 2 V = 1 GS I D I DSS (2) Vp I DSS V GS 流 V p n JFET V GS pn 8 n JFET I D V GS

4 p JFET 理 n p 洞 流 流 說 V p p JFET 流 n JFET 類 2 金 理 MOSFET 類 類 量 理 量 數 MOSFET 率 行 MOSFET JFET 不 裡 n MOSFET NMOS 例來 理 9 (a) NMOS 金 類 金 (body) MOSFET pn 不 MOSFET JFET 類 9 (b) NMOS 路 9 (a) NMOS (b) NMOS 路 MOSFET (SiO 2 ) MOSFET 料 n MOSFET 理 不 連 兩 串 pn 不 NMOS (cut off) 狀 1(a) 了 p pn 1 不 (a)v GS =(b) V GS <V th (c) V GS =V th (d) V GS >V th

5 類 金 量 了 數 洞復 了 洞 了 不 都 p 都來 洞 離 1 (b) 裡 論 不 NMOS 臨 V th (threshold voltage) 1 (c) 不 來 來 數 1 (d) p n (inversion layer) 什 度 p 離 11 (a) z 兩 不 說 裡 p 裡讀 參 pn 論 11 狀 不 狀 類 不 11 NMOS 不 (a)v GS =(b) V GS <V th (d) V GS >V th 11(b) 金 p 拉 V th 降 流 11(c) 12(a) 不 C 12(b) C p C 1(a) 11(a) 來 12 易

6 來 裡 說 V GS V th 了 金 量 易 量 來 度 不 了 12 NMOS 不 (a) C (b) C (1)V GS =(2) V GS <V th (3) V GS =V th (4) V GS >V th (b) p 了 NMOS 理 論 流 13 不 (V GS ) I D V DS 例 NMOS 臨 V th 2V 讀 7 JFET MOSFET 類 V GS >V th 不 度 (V GS -V th )(V GS -V th ) V DS I D V DS V DS (V GS -V th ) I D 13 不 (V GS ) I D V DS NMOS 臨 V th 2V V DS JFET 類 I D V DS JFET 類 V GS 3V V DS 不 金 都 度 14 (a) 14 V GS (>V th ) 不 V DS 度 V DS 金 度 14 (b) V GD (=V GS -V DS )> V th 度 V DS I D V DS V GD = V th 14(c) V DS V GD V th L 略 L<<L 14(d) X V GX = V th V DS 說 兩 V XS 不 V DS 度 不 V DS 流 I D 不 V DS V DS 都落 降 14 NMOS V GS (>V th ) 不 V DS 度 (a) V DS =(b) V GD (=V GS -V DS )> V th (c) V GD =V th (d) V GD <V th

7 13 V GS =3.V (a)(b)(c)(d) 14 (a)(b) 不 類 I D V DS V DS (c)i D 不 V DS 流 V DSS V GD =V GS -V DSS = V th V DSS =V GS - V th V DSS V GS 13 JFET 類 MOSFET 利 兩 不 MOSFET 漏 流 JFET 15 NMOS 8 類 讀 易 JFET (V GS =) NMOS 不 (depletion mode)fet 狀 (enhancement mode)fet 狀 來 MOSFET 例 NMOS n 狀 JFET 15 NMOS p MOSFET PMOS 理 NMOS 流 PMOS 洞 臨 洞 洞 流 流 3 FET BJT 利 流 JFET MOSFET 略 不 JFET 類 數 路 邏 率 MOSFET 率 數 路 路 VLSI 都 MOSFET NMOS PMOS CMOS(complementary MOS) 金 FET 類 BJT 類 BJT FET FET 不 不 BJT FET 流 來 流 流 I D 裡 不 MOSFET 數 路 裡 兩

8 路 CMOS NOT gate 數 邏 logic gate 數 1 數 1 (dynamic random-access memory, DRAM) (memory cell) 1 路 CMOS 邏 BJT 來 NMOS 來 不 CMOS 路來 率 CMOS 路更 16 (a) NMOS PMOS 串 CMOS 路 連 v I v O 路兩 5V 流 NMOS 臨 2V PMOS -2V 邏 V NMOS V GSN =V<V th =2V 流 PMOS V GSP =-5V<V th =-2V 狀 流 PMOS 降 v O 5V 邏 1 16 (a) NMOS PMOS 串 CMOS 路 (b) v O v I 邏 1 5V PMOS V GSP =V>V th =-2V 流 NMOS V GSN =5V>V th =2V 狀 流 NMOS 降 v O V 邏 16(b) 路 v O v I V 5V 5V V 邏 狀 兩 流 率 率 1 DRAM 列 DRAM 易 例 類 更 (refresh) 不 易 DRAM 讀 17 (a) 裡 NMOS 流 流 流 兩 (word line) 行 不 NMOS /

9 (bit line) 來 讀 料 料 兩 不 便 數 料 1 V 數 料 讀 類 路 讀 路 漏 流 更 料 17 (a)dram 來 (b) DRAM 類 NMOS DRAM 類 17 (b) 度 1 NMOS 流 1 力 讀 料 讀

10 1 S 流 G D S 流 G D 洞流 流 洞 p FET n FET 2 (a) (Gate)2 W (Source) n L t (Drain) (Gate)1 (b) (S) (D) (G)

11 3 V DS > S D I D G V GS < I G = 4 1. V GS = V -.5V.8 ID (ma) v -1.5V V GS -2.V.2 V DS (V).4

12 5 (a) S n L D ID G V DS (b) S n D ID G V DS (c) S n D ID V GD =V p G V DS V DS 度 LL (d) S n X L D V GD <V p ID G V DS V DSS

13 6 流 qv DSS n S X D qv DS L 7 ID (ma) V DSS (=V GS -V p ) V GS =V V GS =-.5V V GS =-1.V V GS =-1.5V V GS -2.V V DS (V) 8 I D (ma) V p I DSS V GS (V)

14 9 (a) (S) (G) (Oxide) 金 (Metal) p (Semiconductor) (Body) (D) (b) (G) (S) (D) (G) (S) (D) (body)

15 1 (a) (S) (G) (Oxide) (D) C p (Body) (b) (S) (G) (D) p (c) (S) (G) (D) p V GS =V th 累 (d) (S) (G) (D) p V GS >V th 累 度 V GS -V th

16 11 p (a) (b) (c) n + 12 (a) (b) + n (1) (2) (3) (4) C 行 (1) (2) (3) (4) C n + C 行

17 V GD度 13 ID (ma) V DSS (=V GS -V th ) V GS =4V V GS =3.5V (b) (d) V GS =3.V (c) V GS =2.5V V GS 2.V V DS (V) L C 行 14 4V GS V GD 度(a) V G V S V D C 行 (a) 度Vth V G V S V GS V GD V DS V D (b) V thv G V S V GS V th C 行 VDS V D C度V G GDV V S V GS V th VDS X 行 L V D (c) (d)

18 15 I D (ma) V th V GS (V) 4 16 (a) (b) PMOS 5 1 A B 5V v O (V) v I NMOS v O 1 5 v I (V)

19 17 (a) (b) 1