mosfet电容特性

MOSFET的重要特性

（1）为什么E-MOSFET的阈值电压随着半导体衬底掺杂浓度的提高而增大？而随着温度的升高而下降？

【答】E-MOSFET的阈值电压就是使半导体表面产生反型层（导电沟道）所需要加的栅极电压。对于n沟道E-MOSFET，当栅电压使得p型半导体表面能带向下弯曲到表面势ψs≥2ψB时，即可认为半导体表面强反型，因为这时反型层中的少数载流子（电子）浓度就等于体内的多数载流子浓度（～掺杂浓度）；这里的ψB是半导体Fermi势，即半导体禁带中央与Fermi能级之差。阈值电压VT包含有三个部分的电压（不考虑衬偏电压时）：栅氧化层上的电压降Vox；半导体表面附近的电压降2ΨB：抵消MOS系统中各种电荷影响的电压降——平带电压VF。

在阈值电压的表示式中，与掺杂浓度和温度有关的因素主要是半导体Fermi势ψB。当p型半导体衬底的掺杂浓度NA提高时，半导体Fermi能级趋向于价带顶变化，则半导体Fermi势ψB增大，从而就使得更加难以达到ψs≥2ψB的反型层产生条件，所以阈值电压增大。

当温度T升高时，半导体Fermi能级将趋向于禁带中央变化，则半导体Fermi势ψB减小，从而导致更加容易达到ψs≥2ψB的反型层产生条件，所以阈值电

数字集成电路设计

集成电设路计列系第3章 MSFOT物理E特性与1

上一

数字集成电路设计

讲要内容主 :1传.门输用：应始终控，制数据流制控要点如何进：行钟同步；如时何改数据保持时善间

2 MOSF.T空间E构结点：构成I要及MOSCEFT的向结横构和向结纵，构及以此衍由的工艺生 次层和平面版图；MSFOE开T的基本物关理程。

过 .半导3物体理基础要点：半导的体定义特性、、型类；几参个：数掺杂、电阻率迁移率、2

Updta e012.190

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上一主讲内要容 :1.传 门输应用始：控终制数，据流控制要点:如进行何钟同时；步如改何数据保善持时

间 .M2SFOE空T结间构要点：构成ICM及OSETF的向横结构和向纵构，结以由及衍此的工生 层艺和次平面版图M;OFETS开关的本基理过程。物

3 半.导物理体础要基点：半体导的定义、特性、类型几；个参：数掺杂电阻、率、迁移率3

Udatp e2101.90

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本章概要 述概 导体物理半基础 pn结 MOFSTE物理学 nFE I-VT特 性 尺寸小EF T p FT EI-特V性 FT开E关性特 COM物S理结构 SIPE模型C4

Updaet 210

4.9功率型MOSFET用作开关(THE POWER MOSFET USED AS A SWITCH) 4.9.1概论(Introduction)

虽然场效应电晶体(field-effect transistor FET)应用于电路设计上己有许多年了，而近年来功率型金属氧化半导体场效应电晶体(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor MOSFET)，也己成功地制造出来，并在商业上大量的应用于功率电子的设计上。而此MOSFET的功能需求，更超越了其它的功率组件，工作频率可达20kHz以上，一般都工作于100-200kHz，而不需像双极式功率电晶体有诸般经验上的限制。

当然，如果我们设计转换器工作于100 kHz频率下，比工作于20kHz的频率会有更多的优点，最重要的优点就是能减少体积大小与重量，功率型MOSFET提供设计者一种高速度，高功率，高电压，与高增益的组件，且几乎没有储存时间，没有热跑脱与被抑制的崩溃特性，由于不同的制造厂商会使用不同的技术来制造功率型的FET，因此就会有不同的名称，如HEXFET，VMOS，TMOS等，此乃成为每一公司特有的注册商标。虽然结构上会有所改变而增强了

锂电池笑效率模型：

目前提出的各种锂电池等效模型可以分为：内阻模型、阻容模型和基于运行时间的电路模型，较为常用的电池模型为Thevenin电路模型，它用电压源表示电源的电动势，电阻表示电池的直接内阻，用 RC 电路模拟电池的极化内阻和极化电容

电池的充电限制电压是指电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值，对一般的锂离子电池，其值为 4.2V，若电池到达限制电压后仍采用恒流充电，电池内部会持续升温，活化过程中所产生的气体膨胀，使电池内压增大，压力达到一定程序，会有外壳破裂。

电池的终止电压是指电池放电时电压下降到不适宜再继续放时的最低工作电压。电池在使用过程中，如果电池的端电压已经到达终止电压，继续放电能得到的容量很少，但是对电池的使用寿命会带来极大的破坏。所以在放电过程中，必须在终止电压时停止放电。终止电压与电池的放电电流、温度等因素有关，不同的工作环境下电池的终止电压将有所不同。我国国家标准规定，单体电池的终止电压为 2.75V，即电池的负载电压达到 2.75V 时，应立刻停止放电。

电池的内阻包括欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻包括电池电极本身的电阻、电解液的电阻、离子透过隔膜时所受到的阻力、正负极与隔离层的接触电阻。欧姆内阻与电池的类型、正负

金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称全氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在类比电路和数位电路的场效晶体管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为n-type和p-type的MOSFET，通常又称为NMOSFET和PMOSFET，其他简称尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。

MOSFET的工作原理

要使增强型N沟道MOSFET工作，要在G、S之间加正电压VGS及在D、S之间加正电压VDS，则产生正向工作电流ID。改变VGS的电压可控制工作电流ID。

若先不接VGS(即VGS＝0)，在D和S极之间加一正电压VDS，漏极D和衬底之间的PN结处于反向，因此漏源之间不能导电。如果在栅极G和源极S之间加一电压VGS。此时可以将栅极和衬底看作电容器的两个极板，而氧化物绝缘层作为电容器的介质。当加上VGS时，在绝缘层和栅极界面上感应出正电荷，而在绝缘层和P型衬底界面上感应出负电荷(如图3)。这层感应的负电荷和P型衬底中的多数载流子(空穴)的极

湖南大学

博士学位论文

多孔炭材料的制备及其电化学电容特性的研究

姓名：张琳

申请学位级别：博士

专业：材料学

指导教师：刘洪波

20070101

博士学位论文

摘要

本论文以酚醛树脂系聚合物为原料，分别采用化学活化法、聚合物共混炭化法、溶胶-凝胶法和自组装合成炭化法制备了具有高比表面积和适宜孔径分布的多孔炭。系统考察了各种制备方法及其工艺因素对多孔炭结构与性能的影响，深入探讨了各种方法制备的多孔炭的电容性能与其比表面积和孔径分布之间的关系，确立了制备双电层电容器（EDLC）用多孔炭电极材料的工艺条件，为进一步研究EDLC用高性能多孔炭电极材料提供了理论与实验依据。

以酚醛树脂（PF）为原料，分别采用KOH作活化剂、炭化-活化分步法和K2CO3作活化剂、一步活化法制备了EDLC用高比表面积多孔炭材料。系统考察了活化剂的用量、固化温度、炭化温度和活化温度等工艺因素对多孔炭的收率、吸附性能、孔结构和电容性能的影响，确立了调控高比表面积多孔炭结构和性能的工艺方法和工艺条件。在利用扫描电镜观察高比表面积多孔炭的表面形貌，通过低温氮气吸附法测定高比表面积多孔炭的比表面积和孔结构的基础上，探讨了高比表面积多孔炭的比电容与其比表面积和孔结构之间的关系。

研究表明，活化剂的种类对高

以氯化钴为原料、氨水(28wt%)为沉淀剂采用均匀沉淀法成功地合成了Co(OH) 2。X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)测试表明,表面活性剂Tween-80的加入使所制备的α-Co(OH) 2呈现出类似花朵的形貌;循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗和循环寿命等电化学测试表明,该材料的电化学性能

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湖南大学

博士学位论文

多孔炭材料的制备及其电化学电容特性的研究

姓名：张琳

申请学位级别：博士

专业：材料学

指导教师：刘洪波

20070101

博士学位论文

摘要

本论文以酚醛树脂系聚合物为原料，分别采用化学活化法、聚合物共混炭化法、溶胶-凝胶法和自组装合成炭化法制备了具有高比表面积和适宜孔径分布的多孔炭。系统考察了各种制备方法及其工艺因素对多孔炭结构与性能的影响，深入探讨了各种方法制备的多孔炭的电容性能与其比表面积和孔径分布之间的关系，确立了制备双电层电容器（EDLC）用多孔炭电极材料的工艺条件，为进一步研究EDLC用高性能多孔炭电极材料提供了理论与实验依据。

以酚醛树脂（PF）为原料，分别采用KOH作活化剂、炭化-活化分步法和K2CO3作活化剂、一步活化法制备了EDLC用高比表面积多孔炭材料。系统考察了活化剂的用量、固化温度、炭化温度和活化温度等工艺因素对多孔炭的收率、吸附性能、孔结构和电容性能的影响，确立了调控高比表面积多孔炭结构和性能的工艺方法和工艺条件。在利用扫描电镜观察高比表面积多孔炭的表面形貌，通过低温氮气吸附法测定高比表面积多孔炭的比表面积和孔结构的基础上，探讨了高比表面积多孔炭的比电容与其比表面积和孔结构之间的关系。

研究表明，活化剂的种类对高

摘要

摘 要

碳纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs)具有窄孔径分布、高比表面积利用率、高电导率和高稳定性,，被认为是为超级电容器电极材料的理想电极材料之一。而取向碳纳米管阵列(Carbon Nanotube Array，CNTA)由于CNTs的独特的排列方式更加适合在超级电容器中的应用。在本论文中，分别制备CNTA电极、MnO2电极、CNT/MnO2复合电极和CNTA/MnO2复合电极，并在0.5 mol/L Na2SO4电解液中进 行电化学特性测试和分析。

通过一系列的实验，得到以下结论：

1) 碳纳米管阵列电极在0.63mA电流下的比电容为4.34mF/cm2(大约8.68F/g)，其等效串联电阻为1.3?。

2) 二氧化锰电极在0.63mA电流密度下比电容为984.4mF/cm2(或82.0F/g)，其等效串联电阻分别为83.5?；其充放电曲线具有明显的近似三角形的对称性分布，表明电极反应的可逆性好。

3) 加入碳纳米管的MnO2电极(CNT/MnO2)的比电容高于MnO2电极，同时具有更小的内阻，说明MnO2电极中加入碳纳米管，会明显的降低MnO2电极的等效串联电阻。

4) 二氧化锰沉积时间分别为60min和120mi

摘要

摘 要

碳纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs)具有窄孔径分布、高比表面积利用率、高电导率和高稳定性,，被认为是为超级电容器电极材料的理想电极材料之一。而取向碳纳米管阵列(Carbon Nanotube Array，CNTA)由于CNTs的独特的排列方式更加适合在超级电容器中的应用。在本论文中，分别制备CNTA电极、MnO2电极、CNT/MnO2复合电极和CNTA/MnO2复合电极，并在0.5 mol/L Na2SO4电解液中进 行电化学特性测试和分析。

通过一系列的实验，得到以下结论：

1) 碳纳米管阵列电极在0.63mA电流下的比电容为4.34mF/cm2(大约8.68F/g)，其等效串联电阻为1.3?。

2) 二氧化锰电极在0.63mA电流密度下比电容为984.4mF/cm2(或82.0F/g)，其等效串联电阻分别为83.5?；其充放电曲线具有明显的近似三角形的对称性分布，表明电极反应的可逆性好。

3) 加入碳纳米管的MnO2电极(CNT/MnO2)的比电容高于MnO2电极，同时具有更小的内阻，说明MnO2电极中加入碳纳米管，会明显的降低MnO2电极的等效串联电阻。

4) 二氧化锰沉积时间分别为60min和120mi