CMOS课件摘要.ppt

1 MOSFET是怎样构成的？ 2MOSFET的两个PN结和三个基本几何参数是什么？ 3MOSFET的阈值电压是什么？ 4MOSFET是怎样工作的？ 5MOSFET的工作区分别是什么怎样界定的？相应的电压电流的关系是怎样的？ 6MOSFET的二级效应分别是什么 7MOS电容有哪些？ 8MOSFET的低频小信号模型的画法是什么？ 第二章 MOS器件物理基础 一 基本概念 1MOSFET的结构Metal-Oxide-Semiconductor Structure  MOSFET的三个基本几何参数 Lmin、Wmin和tox 由工艺确定 Lmin：MOS工艺的特征尺寸(feature size) 决定MOSFET的速度和功耗等众多特性 L和W由设计者选定 通常选取L= Lmin，由此，设计者只需选取W W影响MOSFET的速度，决定电路驱动能力和功耗 一种载流子导电，是电压控制器件 MOS器件的源和漏端在几何上是等效的 MOS器件是四端器件有NMOS、PMOS 两种器件 2MOSFET的符号 二 MOS 的伏安特性 1 阈值电压 2工作原理 3伏安特性 4二级效应 5器件模型 1阈值电压（Threshold Voltage Concept） 改变阈值电压的方法 往用离子注入技术改变沟道区的掺杂浓度，从而改变阈值电压。 对NMOS晶体管而言，注入P型杂质，将使阈值电压增加。反之，注入N型杂质将使阈值电压降低。 如果注入剂量足够大，可使器件沟道区反型变成N型的。这时，要在栅上加负电压，才能减少沟道中电子浓度，或消除沟道，使器件截止。在这种情况下，阈值电压变成负的电压，称其为夹断电压。 根据阈值电压不同，常把MOS器件分成增强型和耗尽型两种器件。 对于N沟MOS器件而言，将阈值电压VT＞0的器件称为增强型器件，阈值电压VT＜0的器件，称为耗尽型器件。 在CMOS电路里，全部采用增强型的NMOS和PMOS。 3 伏安特性 I/V characteristics MOS的伏安特性 非饱和时，在漏源电压Vds作用下，这些电荷Q将在τ时间内通过沟道，因此有电荷在沟道中的渡越时间 I/V特性的推导（1） I/V特性的推导（2） 三极管区的MOSFET（0 VDS VGS－VT） I/V特性的推导（3） 饱和区的MOSFET（VDS ≥ VGS－VT） NMOS管的大信号特性和工作区域以及电流公式 MOSFET的I/V特性 MOSFET的跨导gm MOS管饱和的判断条件 MOSFET开关（Switch Model of NMOS Transistor） MOS模拟开关 4 二级效应 体效应 沟道调制效应 亚阈值导电特性 体效应 VB0,将有更多的空穴被吸引到衬底电极，而同时留下大量的负电荷，随着VB的下降，Qd增加，VTH也增加即体效应。 MOS管的开启电压VT及体效应 MOS管的开启电压VT及体效应 MOS管体效应的Pspice仿真结果 MOSFET的沟道调制效应 MOSFET的沟道调制效应 MOS管沟道调制效应的Pspice仿真结果 MOS管跨导gm不同表示法比较 亚阈值导电特性 MOS管亚阈值导电特性的Pspice仿真结果 5器件模型版图 6 NMOS 晶体管C-V 特性 减小MOS器件电容的版图结构 三 MOS 低频小信号模型 基本的 MOS 小信号模型 考虑二级效应后的小信号模型 λ≠0 1考虑沟道调制信号 MOS 低频小信号模型 例：求下列电路的低频小信号电阻(γ＝0) 例：求下列电路的低频小信号输入电阻(γ＝0) 例：求下列电路的低频小信号输入电阻(γ＝0) 小信号电阻总结（γ＝0） 完整的MOS小信号模型  试画出出下列电路的交流小信号模型图、大信号分析图，并写出小信号增益、输出电阻、输入电阻 1电阻负载的共源级 2MOS二极管连接负载的共源极 3采用电流源负载的共源级 4工作在线性区的MOS为负载的共源级 5带源极负反馈的共源级 6源跟随器（电流源负载） 7共栅级放大器 8共源共栅级放大器（电流源负载） 对于图a:CDB=CSB = WECj + 2(W+E)Cjsw 对于图b: CDB=(W/2)ECj+2((W/2)+E)Cjsw CSB=2((W/2)ECj+2((W/2)+E)Cjsw = WECj +2(W+2E)Cjsw 减小结电容的方法“折叠”结构或“叉指结构” 用独立源来表示 用电阻来表示 2考虑体效应后的小信号模型 γ≠0 在饱和区gmb可以表示为 对于图（A）： 对于图（B）： 对于图（C）： ν为载流子速度，Eds= Vds/L为漏到源方向电场强度，Vds为漏到源电压。