高考申論題
105年
[電子工程] 半導體工程
第 一 題
📖 題組：
一理想金氧半場效電晶體（MOSFET），臨界電壓Vth = 1 V，介電層（SiO2）厚度 10 nm，SiO2介電係數3.9ε₀ ， ε₀ = 8.854×10⁻¹⁴ F/cm。（每小題 10 分，共 20 分） ㈠若汲極飽和電壓與飽和電流分別為2.5 V與5 mA，請繪出汲極電壓範圍0≤Vds ≤ 5V之輸出特性曲線並求對應此曲線之閘極電壓Vgs。 ㈡求於Vds =Vgs = 4.5V 偏壓下之汲極電流 I_ds 以及於源極端與汲極端之單位面積反轉層電荷量。
一理想金氧半場效電晶體（MOSFET），臨界電壓Vth = 1 V，介電層（SiO2）厚度 10 nm，SiO2介電係數3.9ε₀ ， ε₀ = 8.854×10⁻¹⁴ F/cm。（每小題 10 分，共 20 分） ㈠若汲極飽和電壓與飽和電流分別為2.5 V與5 mA，請繪出汲極電壓範圍0≤Vds ≤ 5V之輸出特性曲線並求對應此曲線之閘極電壓Vgs。 ㈡求於Vds =Vgs = 4.5V 偏壓下之汲極電流 I_ds 以及於源極端與汲極端之單位面積反轉層電荷量。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
若汲極飽和電壓與飽和電流分別為2.5 V與5 mA，請繪出汲極電壓範圍0≤Vds ≤ 5V之輸出特性曲線並求對應此曲線之閘極電壓Vgs。（10 分）
思路引導 VIP
看到此題，首先利用理想 MOSFET 的汲極飽和電壓公式 Vds(sat) = Vgs - Vth 求出對應的閘極電壓。接著，根據飽和電流計算出元件參數，並區分線性區與飽和區的電流方程式，據此繪製精確的 I-V 輸出特性曲線。
小題 (二)
求於Vds =Vgs = 4.5V 偏壓下之汲極電流 I_ds 以及於源極端與汲極端之單位面積反轉層電荷量。（10 分）
思路引導 VIP
遇到這類元件計算題，首先必須意識到題組前後的連貫性：利用前一題的飽和電壓與電流求出隱藏的元件導電參數（如 kn 或 μnCoxW/L）。接著，比較新偏壓條件下的 Vds 與 Vgs-Vth 以確認操作區域，最後代入電流公式與反轉層電荷密度公式求解，並特別注意飽和區汲極端會發生夾止（Pinch-off）導致電荷量歸零的物理現象。