哈工大 器件原理 E-M模型
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哈工大器件原理JFET课件
当有电压加在栅极和源极之间时，在垂直于半导体表面的电场作用下，电子或空穴 被吸引到半导体表面，形成表面势垒。
随着栅极电压的增大或减小，表面势垒的厚度将发生变化，导致源极和漏极之间的 电流发生变化。
JFET的电气特性
转移特性
01
描述栅极电压与漏极电流之间的关系。随着栅极电压的增加或
减小，漏极电流减小或增加。
05
JFET的发展趋势与展 望
JFET技术的未来发展方向
缩小尺寸
随着半导体工艺的进步，JFET器件的尺寸不 断缩小，未来将实现更小尺寸的JFET，提高 集成度和性能。
高频性能提升
通过改进材料和结构，提高JFET器件的高频性能， 使其在高速电子和微波通信领域有更广泛的应用。
可靠性增强
优化JFET器件的材料和工艺，提高其可靠性 ，降低失效风险，延长使用寿命。
音频信号处理中的应用
音频信号放大
JFET可以用于音频信号的放大，通过 其输入阻抗高的特点，能够减小信号 源的负担，同时利用其输出阻抗低的 特点，能够提高放大倍数。
音频信号滤波
JFET也可以用于音频信号的滤波，通 过其导通和截止状态的切换，实现音 频信号的筛选和过滤。
电源管理中的应用
电源开关控制
JFET的高输入阻抗和低输出阻抗特性，使其成为理想的电源开关控制元件，能 够有效地控制电源的通断。
03
JFET的性能参数与测 试
JFET的主要性能参数
转移特性参数
描述JFET的输入特性，包括阈值电压和跨导 等。
输出特性参数
描述JFET的输出电流与电压的关系，包括最 大输出电流和饱和电压等。
频率特性参数
描述JFET的高频性能，包括截止频率和特征 频率等。
随着栅极电压的增大或减小，表面势垒的厚度将发生变化，导致源极和漏极之间的 电流发生变化。
JFET的电气特性
转移特性
01
描述栅极电压与漏极电流之间的关系。随着栅极电压的增加或
减小，漏极电流减小或增加。
05
JFET的发展趋势与展 望
JFET技术的未来发展方向
缩小尺寸
随着半导体工艺的进步，JFET器件的尺寸不 断缩小，未来将实现更小尺寸的JFET，提高 集成度和性能。
高频性能提升
通过改进材料和结构，提高JFET器件的高频性能， 使其在高速电子和微波通信领域有更广泛的应用。
可靠性增强
优化JFET器件的材料和工艺，提高其可靠性 ，降低失效风险，延长使用寿命。
音频信号处理中的应用
音频信号放大
JFET可以用于音频信号的放大，通过 其输入阻抗高的特点，能够减小信号 源的负担，同时利用其输出阻抗低的 特点，能够提高放大倍数。
音频信号滤波
JFET也可以用于音频信号的滤波，通 过其导通和截止状态的切换，实现音 频信号的筛选和过滤。
电源管理中的应用
电源开关控制
JFET的高输入阻抗和低输出阻抗特性，使其成为理想的电源开关控制元件，能 够有效地控制电源的通断。
03
JFET的性能参数与测 试
JFET的主要性能参数
转移特性参数
描述JFET的输入特性，包括阈值电压和跨导 等。
输出特性参数
描述JFET的输出电流与电压的关系，包括最 大输出电流和饱和电压等。
频率特性参数
描述JFET的高频性能，包括截止频率和特征 频率等。
现代加工技术-09电子束、离子束加工
哈工大(威海) 现代加工技术
电子束离子束加工
Electron Beam Machining ＆Ion Beam Machining
EBM＆IBM
贾宝贤
5687026
1
哈工大(威海) 现代加工技术
课程内容大纲
♥1绪论 ♥2电火花加工 ♥3电火花线切割加工 ♥4电化学加工 ♥5超声波加工 ♥6磨料与水喷射加工 ♥7激光加工 ♥8快速原型制造 ♥9电子束、离子束加工 ♥10化学加工、等离子体、磁性磨料加工、挤压珩磨
6. 剥膜 （去除光致抗蚀剂）
图24 电子束光刻大规模集成电路加工过程
哈工大(威海) 现代加工技术
电子束刻蚀图案
30
哈工大(威海) 现代加工技术
电子束加工END
电子束加工END
31
哈工大(威海) 现代加工技术
Elektronenstrahl- Prozesskontrolle
Automatische Strahlpositionierung. Stufe 1
9-电子抗蚀剂；
10-塑料打孔
13
哈工大(威海) 现代加工技术
1.电子束打孔
冲 材 电子束打到材料表面 击料 开表 始面 熔受 化到 ，电 气子 化束
电子束贯穿材料
继 续 受 到 电 子 束 作 用
电子束打到材料内部 随 材 着料 蒸气 汽化 溢形 出成 ，气 形泡 成， 空破 穴裂 后 吹，的电 出将辅子 ，空助束 完穴材冲 成周料击 打围，到 孔熔产工 过化生件 程 材 喷 下 电子束打到辅助 料 射 面 材料产生喷射 14
15
哈工大(威海) 现代加工技术
1.电子束打孔
2.加工材料范围广。可加工不锈钢、耐热钢、宝石、陶瓷、 玻璃、塑料和人造革等各种材料上的小孔、深孔。 能加工各种孔，包括异形孔 、斜孔、锥孔和弯孔。孔的 密度可连续变化，其孔径大小可随时调整。
电子束离子束加工
Electron Beam Machining ＆Ion Beam Machining
EBM＆IBM
贾宝贤
5687026
1
哈工大(威海) 现代加工技术
课程内容大纲
♥1绪论 ♥2电火花加工 ♥3电火花线切割加工 ♥4电化学加工 ♥5超声波加工 ♥6磨料与水喷射加工 ♥7激光加工 ♥8快速原型制造 ♥9电子束、离子束加工 ♥10化学加工、等离子体、磁性磨料加工、挤压珩磨
6. 剥膜 （去除光致抗蚀剂）
图24 电子束光刻大规模集成电路加工过程
哈工大(威海) 现代加工技术
电子束刻蚀图案
30
哈工大(威海) 现代加工技术
电子束加工END
电子束加工END
31
哈工大(威海) 现代加工技术
Elektronenstrahl- Prozesskontrolle
Automatische Strahlpositionierung. Stufe 1
9-电子抗蚀剂；
10-塑料打孔
13
哈工大(威海) 现代加工技术
1.电子束打孔
冲 材 电子束打到材料表面 击料 开表 始面 熔受 化到 ，电 气子 化束
电子束贯穿材料
继 续 受 到 电 子 束 作 用
电子束打到材料内部 随 材 着料 蒸气 汽化 溢形 出成 ，气 形泡 成， 空破 穴裂 后 吹，的电 出将辅子 ，空助束 完穴材冲 成周料击 打围，到 孔熔产工 过化生件 程 材 喷 下 电子束打到辅助 料 射 面 材料产生喷射 14
15
哈工大(威海) 现代加工技术
1.电子束打孔
2.加工材料范围广。可加工不锈钢、耐热钢、宝石、陶瓷、 玻璃、塑料和人造革等各种材料上的小孔、深孔。 能加工各种孔，包括异形孔 、斜孔、锥孔和弯孔。孔的 密度可连续变化，其孔径大小可随时调整。
自动控制元件及线路-测量元件概述-哈工大
静特性
变换函数是描述静特性的数学方程（理论的、理想的） 结构和形式是在分析的基础上建立的 参数通过实际标定确定，统计分析、曲线拟合等 大多数测量元件：y=kx
灵敏度
灵敏度：输出量的微小增 量与输入量微小增量的比 值，变换函数的一阶导数 或静特性曲线的斜率。 非线性的，不同的点有不 同的灵敏度。 线性的静特性，灵敏度不 变。
悬停
巡航飞行
高速飞行
无人机控制系统结构
整体结构设计
机载控制系统
主控制单元
姿态控制 高度传感器 风速传感器
无人机控制系统结构
转速传感器 温度传感器 IMU模块 GPS模块 摄像头
涵 道 式 旋 翼 无 人 飞 行 器
飞行控制 抗干扰控制 起降控制
传 感 器 单 元
执 行 器 单 元
发动机油门 伺服舵机1 伺服舵机2 伺服舵机3 伺服舵机4
u
TL
km R Ls
y 1 1 s Js D
y
测量元件组成
把物理量转化 成电路参量
感受或响应被 测量并转化成 另一种物理量
转换特定形式的 电量（调节、转 换、放大、运算、 调制）
测量元件: 检测出一种量并转换成容易处理的另一种量。 功能：检测和转换。 处理：放大、加减、积分、微分、滤波、存储和传送。 容易处理的量：主要指的是电信号。
定义、作用、组成和分类
2
3
元件特性 讨论
4
测量元件在控制系统中的作用
校正元件 输入 控制器 功率元件 功放 执行元件 执行器 被控 对象 输出
测量元件
执行元件：功能是驱动被控对象，控制或改变被控量
放大元件：提供能量，将微弱控制信号放大驱动执行元件。 校正元件：作用是改善系统的性能，使系统能正常可靠地工作并达到 规定的性能指标 测量元件：将一种量按照某种规律转换成容易处理的另一种量的元件。 （将外界输入信号变换为电信号的元件。）
4_mos_器件模型
Xiao liyi
02~04/08
《器件模型与电路模拟》
34
Chapter 1
所以
短沟道效应(续)
Xj 2W QB = 1− ( 1 + 0 − 1) QB L Xj
'
MOS-1
有效沟道长度 所以
L = L0 − 2 X jl
' Xj 2W QB = 1− ( 1 + 0 − 1) QB L0 − 2 X jl Xj
《器件模型与电路模拟》
20
Chapter 1
线性区（续）
线性区即VGS>VTH， VDS< VGS –VTH时，电流方程为
MOS-1
VDS W I DS = K P (VGS − VTH − )VDS (1 + λVDS ) L0 − 2 X jl 2 ε 式中， KP—跨导, K P = μ 0C 'OX = μ 0 OX ； t ox Xjl—横向扩散参数；
02~04/08
《器件模型与电路模拟》
26
Chapter 1
饱和区（续）
饱和区即VGS>VTH， VDS>VGS –VTH
MOS-1
I DS
S
KP W = (VGS − VTH ) 2 (1 + λVDS ) 2 L0 − 2 X jl
H
线性区
I DS
Xiao liyi
VDS W = KP (VGS − VTH − )VDS (1 + λVDS ) L0 − 2 X jl 2
MOS-1
Xiao liyi
02~04/08
《器件模型与电路模拟》
39
Chapter 1
哈工大 第二章 机电系统的数学模型 彭高亮9-2
2 2
但 是y1 ( t )＋y2 ( t ) x1 ( t )＋x 2 ( t ) 2 〔 〕
为解决非线性带来的问题通常采用局部线性化
哈尔滨工业大学 机电工程学院
2.2 系统的微分方程
二、系统微分方程的建立步骤
a)建立物理模型（包括力学模型、电学模型等），确 定系统或元件的输入量和输出量； b)按照信号的传递顺序，根据各元件或环节所遵循的 有关定律建立各元件或环节的微分方程； c)消去中间变量，得到描述系统输入量和输出量之间 关系的微分方程； d)整理为标准式，将与输出量有关的各项放在方程的 左侧，与输入量有关的各项放在方程的右侧，各阶导 数项按降幂排列。
哈尔滨工业大学 机电工程学院
?
2.2.2 机械系统的微分方程
机械系统中基本物理量的折算
实例: 图(a)为丝杠螺母传动机构，(b)为齿轮齿条传动机构，(c) 为同步齿形带传动机构，求三种传动方式下，负载m折算到 驱动电机轴上的等效转动惯量J
电机输入
m m
电机输入 电机输入
m
（a）
（b）
（c）
电机驱动进给装置
线性定常系统 线性系统 系统 非线性系统
哈尔滨工业大学 机电工程学院
线性时变系统
2.2 系统的微分方程
线性系统
系统的数学模型能用线性微分方程描述。
线性定常系统： 微分方程的系数为常数
k2 y(t ) k1 y(t ) y(t ) x(t )
线性时变系统：微分方程的某一（些）系数随时间的变化。
2.2.2 机械系统的微分方程
质量—弹簧—阻尼系统各部分基本物理规律： • 质量（块）
y
v(t )
f m (t )
0
m
但 是y1 ( t )＋y2 ( t ) x1 ( t )＋x 2 ( t ) 2 〔 〕
为解决非线性带来的问题通常采用局部线性化
哈尔滨工业大学 机电工程学院
2.2 系统的微分方程
二、系统微分方程的建立步骤
a)建立物理模型（包括力学模型、电学模型等），确 定系统或元件的输入量和输出量； b)按照信号的传递顺序，根据各元件或环节所遵循的 有关定律建立各元件或环节的微分方程； c)消去中间变量，得到描述系统输入量和输出量之间 关系的微分方程； d)整理为标准式，将与输出量有关的各项放在方程的 左侧，与输入量有关的各项放在方程的右侧，各阶导 数项按降幂排列。
哈尔滨工业大学 机电工程学院
?
2.2.2 机械系统的微分方程
机械系统中基本物理量的折算
实例: 图(a)为丝杠螺母传动机构，(b)为齿轮齿条传动机构，(c) 为同步齿形带传动机构，求三种传动方式下，负载m折算到 驱动电机轴上的等效转动惯量J
电机输入
m m
电机输入 电机输入
m
（a）
（b）
（c）
电机驱动进给装置
线性定常系统 线性系统 系统 非线性系统
哈尔滨工业大学 机电工程学院
线性时变系统
2.2 系统的微分方程
线性系统
系统的数学模型能用线性微分方程描述。
线性定常系统： 微分方程的系数为常数
k2 y(t ) k1 y(t ) y(t ) x(t )
线性时变系统：微分方程的某一（些）系数随时间的变化。
2.2.2 机械系统的微分方程
质量—弹簧—阻尼系统各部分基本物理规律： • 质量（块）
y
v(t )
f m (t )
0
m
哈工大材料物理性能
哈工大材料物理性能金属导电阻碍晶体中电子运动的原因：电子与点阵的非弹性碰撞。
机理：1 晶格热振动（温度引起的离子运动振幅的变化）2 杂质的引入杂质存在，使金属正常结构发生变化，引起额外的散射。
3 位错及点缺陷影响因素：1.温度温度升高，离子振幅越大，电子越易受到散射，电阻率增大。
在不同温度范围内电阻率与温度变化的关系不同。
金属熔化时，电阻率突然增大。
铁磁体在居里温度处变化反常。
2.压力在流体静压下，大多数金属的电阻率下降，有时大的压力使材料由半导体和绝缘体变为导体。
原因：金属原子间距变小，内部缺陷形态、电子结构、费米能和能带结构都将发生变化，因而电阻率下降。
3.冷加工和缺陷除了K状态，大部分金属冷加工和电阻率增大。
机理：晶格畸变（空位、间隙原子以及它们的组合，位错使金属电阻增加，前二者作用远大于后者）。
冷加工后退火，电阻率减小，可以回复到加工前电阻值。
4.固溶体形成固溶体时，合金导电性能降低。
机理：1. 加入溶质原子——溶剂的晶格发生扭曲畸变——破坏了晶格势场的周期性——增加了电子散射几率。
2. 固溶体组元的化学相互作用。
合金有序化后电阻率下降。
离子导电机制：1.本征导电晶体点阵的基本离子由于热振动离开晶格，形成热缺陷。
2.杂质导电参加导电的载流子主要是杂质。
本质：离子导电是离子在电场作用下的扩散现象（空位扩散、间隙扩散、亚晶格间隙扩散）。
影响因素：1.温度升高，电导率升高。
2.晶体结构（导电激活能不同）熔点高，电导率下降晶体有较大间隙，电导率上升碱卤化物：负离子半径增大电导率升高；一价正离子比高价正离子电导率高。
3.点缺陷降低电导率4.快离子导体半导体导电杂质半导体电导率较本征半导体高。
加入P形成施主能级，加入Al形成受主能级。
极化——电介质在电场作用下产生束缚电荷的现象。
电介质——在电场作用下能建立极化的物质。
弛豫时间——电介质完成极化需要的时间。
极化机制：1.电子位移极化（可逆；与温度无关）2.离子位移极化（可逆；温度升高，极化增强）3.电子弛豫极化（不可逆；随温度升高极化强度有极大值）4.离子弛豫极化（不可逆；随温度升高有极大值）5.取向极化（能保存下来；随温度升高有极大值）6.空间电荷极化（随温度升高减弱）电导率小的介质承受的场强高，大的介质承受的场强低。
哈工大传感器原理及应用知识点(综合各位老师ppt)
第1章 传感器的一般特性
1.0 概述 当输入量为常量或变化极慢时，这输入输出关系称为静态特性（线性模型： y=a0+a1x 或 y=ax） ；当输入量 随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性（微分方程、传递函数） 。传感器的静态特性只是动态特性 的一个特例。传感器的静态特性要包括非线性和随机性等因素，如果把这些因素都引入微分方程．将使问 题复杂化。为避免这种情况，总是把静态特性和动态特性分开考虑。
1 n (yi ) 2 。 yi 为各测试点残差，n 为测试点数。取 2 或者 3 为传感器静态误差。警惕 n 1 i 1
啊误差也可用相对误差来表示，即 = (3 / yFS ) 100% 。静态误差是一项综合性指标，它基本上包括 了前面叙述的非线性误差、迟滞误差、重复性误差、灵敏度误差等。 10、误差表达 绝对误差：测量结果与被测参量真值之间的差值的绝对值。|X‐Q| 相对误差：测量的绝对误差与被测量真值的比值。/Q×100% 引用误差：测量的绝对误差与仪表的满量程之比。m/yFS×100% 1.2 传感器动特性 动态特性定义: 指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 由于输入信号的时间函数形式是多种多样的，在时域内研究传感器的响应特性时，只能研究几种特定的输 入时间函数如阶跃函数、脉冲函数和斜坡函数等的响应特性。在频域内研究动态特性一般是采用正弦函数 得到频率响应特性。通常认为可以用线性时不变系统理论来描述传感器的动态持性。线性时不变系统重要 性质—叠加性和频率保持性：也就是说，各个输入所引起的输出是互不影响的。 常用数学模型：①常系数线性微分方程②传递函数(初始条件为零，输出的拉氏变换与输入的拉氏变 m m 1 换之比)。W ( s ) Y( s ) bm s bm 1s b0 所有系数都是实数， m≤n X( s ) an s n an 1s n 1 a0
【微电子机械系统技术 哈工大】MEMS-Fab3
• Gradually replacing acetone with photoresist
and then spinning and …..(1991)
• Using an integrated polymer support
structure(1993)
Modular Processes
• CMOS before MEMS
oxide mask layer Si device layer, 20 µm thick buried oxide layer
Si handle wafer
2) Etch the silicon device layer to expose the buried oxide layer.
silicon Thermal oxide
5. MEMS stress anneal
9. Trench opened, MEMS released
Analog Devices BiMEMS Process
• ADXL50 accelerometer • Interleaved MEMS and 4 µm BiMOS fabrication • MEMS-CMOS interconnect by diffused n+ runners • Relatively deep junctions allow for MEMS poly stress anneal • Acceleration to volt transducer • Measurement of ±50 g accelerations
5. Other Tools • Chemical and photochemical milling • Photofabrication • Electrochemical machining • Electrodischarge machining (+ wire
and then spinning and …..(1991)
• Using an integrated polymer support
structure(1993)
Modular Processes
• CMOS before MEMS
oxide mask layer Si device layer, 20 µm thick buried oxide layer
Si handle wafer
2) Etch the silicon device layer to expose the buried oxide layer.
silicon Thermal oxide
5. MEMS stress anneal
9. Trench opened, MEMS released
Analog Devices BiMEMS Process
• ADXL50 accelerometer • Interleaved MEMS and 4 µm BiMOS fabrication • MEMS-CMOS interconnect by diffused n+ runners • Relatively deep junctions allow for MEMS poly stress anneal • Acceleration to volt transducer • Measurement of ±50 g accelerations
5. Other Tools • Chemical and photochemical milling • Photofabrication • Electrochemical machining • Electrodischarge machining (+ wire