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教学日程

下面的教学日程 提供了 讲座 (L), 复习课(R), 和答疑 (T) 等部分的内容。

SES # 主题 重要日期
R1 系统的复习:一阶微分方程; 一维静电学;线性等效电路和线性电路分析。
L1 概论,本征半导体,化学键结构,空穴和电子。本征半导体中的 ni(T)。 非本征半导体中的施主和受主浓度 no 和 po 。 Sic: 热平衡,平衡过程。 no、po生成。
R2 计算不同掺杂样品中的no、p。 复习讲座中介绍的已知 NA、 ND 求no,po;漂移基本概念;净速率和场,迁移率; 电导率, 电阻率; N型和P型半导体的概念。 布置PS #1
T1 复习静电学(8.02)和泊松方程;ρ, Ε, Φ,并联平板电容器,半导体掺杂和载流子类型。
T1/L2 复习静电学 (8.02) 和泊松方程; ρ, Ε, Φ;并联平板电容器,半导体掺杂和载流子类型的题目 ( 续 )

均匀励磁: 均匀电场和漂移 (Rec. 2复习), 均匀光学注入,低水平注入, 少数载流子的寿命,通解。
R3 迁移率,电导率,电阻率的典型值,并与金属,绝缘体加以比较,各种不同波形的粒子数瞬态响应,RC电路分析。
L3 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。
R4 光学注入,扩散的视频录像,海恩斯-肖克力视频录像的讨论。 交 PS #1

布置PS #2
T2 粒子数瞬态问题,五个基本方程特例的简单求解。
L4 漂移问题中的五个基本方程的线性化和去耦。 准静态;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
R5 漂移的边界条件问题:欧姆接触,反射面,内部边界的连续性,在硅棒中部注入举例;短基区和长基区。
L5 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。
R6 复习 L5中的概念; Φn, Φp的典型数值。 60 mV/衰减规则。 观察突变时,p-n结附近的 no, po 和 Φ'。 漂移问题还需要进一步的讨论和解决。 交PS #2

布置PS #3
T3 进一步讨论漂移问题,边界条件和通解,逼近扩散长度的近似值(无限趋近),全解和分布,各种金属和半导体的静电势,考虑热平衡状态下电路周围的Φ(x)。
L6 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Φb 可以用 (Φb - vA) 来代替。
R7 复习p-n结耗尽近似模型和偏置的影响,欧姆接触,解释 Φ(x) ;SCL和耗尽电容,电荷存储。
L7 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,正向或反向偏置的短基区p-n二极管载流子数目分布曲线。
R8 电荷存储与少子注入;扩散电容。 交PS #3

布置PS #4
T4 缓变结分布举例用于加强理解。 对耗尽近似和p-n结静电学的理解方法。
T4/L8 缓变结分布举例用于加强理解。 对耗尽近似和p-n结静电学的理解方法。(续)

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。
R9 复习BJT的问题,关注反向偏置CB二极管及载流子注入的影响。BJT原理图并举例;与6.002中的MOSFET加以比较;讨论:用基极-发射极电压或基极电流控制集电极电流。
L9 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。
R10 完成大信号BJT模型的讨论,用大信号模型来计算普通射极放大器的传输特性。 交PS #4

布置PS #5 Out
T5 画出在不同的工作区中BJT载流子数目和电流密度的分布。复习相关材料并为第一次测验做准备。
T5/L10 画出在不同的工作区中BJT载流子数目和电流密度的分布。复习相关材料并为第一次测验做准备。(续)

其他的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。
没有正式复习课,讲师答疑并回答考试准备过程中遇到的问题。
Q1 闭卷,内容包括R8和PS #4 (即,p-n二极管的全部内容)。
L11 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。
R11 复习MOS中的积累,耗尽和反型层,沟道电荷与栅极电压的关系,MOS结构中的C-V关系。 交PS #5

布置PS #6
T6 讨论MOS结构和MOS电容的问题。
L12 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。
R12 复习缓变沟道模型,典型的特性,MOSFET器件类型:n沟道和p沟道,增强型和耗尽型。
L13 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中的扩散和耗尽电容)。
R13 完成MOSFET建模的讨论。用大信号模型来计算有上拉电阻的共源极反相器的传输特性。 交PS #6

布置PS #7
T7 n沟道和p沟道MOSFET模型,大信号和小信号模型,增强型和耗尽型。
T7/L14 n沟道和p沟道MOSFET 模型,大信号和小信号模型,增强型和耗尽型。(续)

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;工作点稳定的重要性。
R14 复习增量模型,包括二极管,在源/射极电路中利用电流源获得稳定的工作点,电流源设计。
L15 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。
R15 讨论计算MOSFET反相器的传输特性;特例的研究。(饱和n-MOS上拉,CMOS) 交PS #7

布置PS #8
T8 针对p-n结的二极管,BJT 和MOSFET使用HSPICE仿真软件。(在多媒体教室讲述HSPICE)
T8/L16 针对p-n结的二极管,BJT 和MOSFET使用HSPICE仿真软件。(在多媒体教室讲述HSPICE) (续)

CMOS的优越性:性能—逻辑摆幅,速度,功率,可制造性和存储单元。
R16 最后关于CMOS总结。从简单的电阻负载共基极放大器的分析讨论来开始线性放大器的分析。用大信号模型来确定偏置点,用增益模型估计参数,计算中频带增益。
L17 从晶体管放大器开始;以共源极为例研究放大器性能指标:电压,电流和功率增益;输入输出阻抗,中频带频率范围等概念。
R17 电流源负载的共源极和共射极放大器。 交PS #8

布置PS #9
T9 为第二次测验做准备和复习。
T9/L18 为第二次测验做准备和复习。(续)

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。
没有正式复习课,讲师答疑并回答考试准备过程中的问题。
Q2 闭卷,复习R16和PS #8。
L19 差分放大器:大信号分析和传输特性;增量分析和半电路法。
R18 讨论差分放大器:偏置和电流源电路;半电路法小信号模型分析举例,了解单级晶体管放大器。 设计问题布置
R19 电路设计问题的概述,理解性能指标,分析的基本方法。 交PS #9
L20 普通差分放大器,电流源偏置电路,正向作用区的最大增益;线性负载,非线性负载。
R20 针对差分放大器设计的进一步讨论。
T10 设计问题的讨论。
L21 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。
R21 继续研究多级差分放大器,计算输入输出阻抗,确定共模和差模的电压摆幅。
L22 中频带范围;高频率多级放大器分析的时间常数开路和短路法,共射极/共源极的高频增益;米勒电容。
R22 米勒电容现象。共栅极/共基极和跟随器有无米勒电容。最后,设计问题的探讨。
T11 讨论设计问题。
T11/L23 讨论设计问题。(续)

熟悉商业运放(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电路的特性:大的输出阻抗,优越的高频性能。
R23 IC 制造工艺;伯克利CMOS制造视频录像。 交设计问题

布置PS #10
L24

MOSFET和BJT的高频性能的限制: wα, wβ, wt的准静态近似。

R24 高频分析,开路时间常数法;OCTC实例。
L25 CMOS 门极延迟和功率估计以及与器件大小关系,门规模,门规模举例:386/486/Pentium。
R25 完成门规模的讨论,小信号驱动,数字缓冲的概念,问题和设计。 交 PS #10
T12 讨论设计问题的解决方案和考虑电路的高频性能。
L26 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。
R26 课程回顾和总结。
期末测试,闭卷,试题覆盖课程全部内容。

 
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