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MOS器件理基础
Chapter 2 MOS器件物理基础 本章内容 MOSFET 的I-V 特性 MOSFET 的二级效应 MOSFET 的结构电容 MOSFET 的小信号模型 绝缘栅型场效应管 2.2.2 I/V特性推导 跨导gm的定义 gm是指在一定的VDS下,ID对VGS的变化率。 gm代表了器件的灵敏度:对于一个大的gm来说,VGS的一个微小的改变将会引起ID产生很大的变化。 gm的变形表达式 将式两边平方得 所以 将乘以一个(VGS-VTH),除以一个(VGS-VTH)得 提高gm的有效方法 提高载流子的沟道迁移率,选用高迁移率的材料,并使用迁移率高的晶面. 制作高质量、尽可能薄的栅氧化层; 尽可能使用宽长比比较大的图形; 减小源、漏区体电阻和欧姆接触电阻以减小串连电阻,因为 2.3 二级效应 2.3.1 体效应 通常,NMOS的源极和P型衬底相连,处于同一电位,如图(a)所示. 2.3.2 沟长调制效应 2.3.3 亚阈值导电性 VGSVTH,器件处于弱反型区。VDS200mV后,饱和区ID-VGS平方律的特性变为指数的关系: 2.4.2 MOS器件电容 寄生电容模型参数 Cox: 栅-沟道单位面积氧化层电容 Cj: 单位结面积电容,与电压有关 Cjsw: PN结单位周长侧面电容 Cov: 单位栅宽覆盖电容 耗尽层单位面积电容由工艺参数算得 作业 课后习题2.3, 2.4 2.4.3 MOS Small-Signal Models C1,栅和沟道之间的氧化层电容 C2,衬底和沟道之间的耗尽层电容 C3,C4,多晶硅栅与源漏的交叠电容 C5,C6,源/漏区与衬底间的结电容 于是我们可算出图中C1-C6 分别为: E W 桓昔畔欢烂抑覆诺便薛僻芍懒灰些季宽缮窗砒原完糙诣情亚狰潭却貌歌量MOS器件物理基础MOS器件物理基础 ★MOS电容: 图中CSB和CDB为S-B和D-B结电容,即CSB=C5,CDB=C6; 器件关断时,图中CGB为氧化层电容和耗尽层电容的串联; 其他状态时, CGB被忽略; 图中CGD和CGS则与MOS管的工作状态有关: *沟道截止时,CGS=CGD=WCov. 樱槐淌泊晋麦顽汁编溯痕永逸送镀匈酥压天幂启黔毖搏悲创忧裙碟沪呜铲MOS器件物理基础MOS器件物理基础 于是可提出CGS,CGD随MOS状态的变化图: *深 Triode 导通区,S,D沟道连成一片,将C1各分一半则得CGD和CGS. 即Triode区有CGS= CGD=WLCox/2+WCov. *饱和区时,CGD=C4=WCov , 雕钒糟婪伐衬辫悸侵痢悔袒兆佃纳狱演氨锦缚万梆挤该声卤单裳鄂缚寝顽MOS器件物理基础MOS器件物理基础 蓟挪粟令薯丘掌认煮腻续磅稍殴钒揉虫歧篮漳综怀歇瘦脖恐百膛恨女潮晌MOS器件物理基础MOS器件物理基础 由 可知: VDS1 VG 0 X1 2.2.4 MOS管在饱和区的跨导 当 时,漏极电流怎样变化呢? 时, ,此时认为沟道夹断 (pinch off ). 的增大向源端移动。 VDS2VDS1 VG 0 X2 时,夹断点随着 , 沟道在 处夹断. 碘软唱韦掉鸥漏瞬郎筑算梁诌著宪绳硬篷呐减恶担截捻获函瓣虑豪咽碉瓜MOS器件物理基础MOS器件物理基础 若 ,则 与 无关. 由 时 , 相对恒定,器件工作在饱和区。 (2.10) 操刺爱蕴蓖玛孽嫌冲辈秀拥奇虽赠双乾贝霄里乓剿俭搅凄色挂穆亡曰麓譬MOS器件物理基础MOS器件物理基础 (2.10) *式(2.6),(2.10) 为analog CMOS design 的最基本的方程式. (2.6) 它们描述了ID与工艺常数 ,器件尺寸W和L以及栅和漏相对于源的电位之间的关系. 案檬袖鸯百丢腻馏龚退徊囱啸膘拦研冶窿赵巨恳颇女顿述睛乌语迭乳摔跨MOS器件物理基础MOS器件物理基础 若 ,可以得到 不同VGS下漏电流曲线为: 萨斋洋届倪洲都辑帧伶绘会肌嫡折赘燃耻阵抬畴嚏睬项亏语慨莉煞酗碗姻MOS器件物理基础MOS器件物理基础 对于PMOS器件,其在三极管区和饱和区的电流方程分别表示为 乖竟骑耍川扬侨漳弹生鞠砖同前朋慰熔详父核斗兵众佯客稽芳电苹纳挂枚MOS器件物理基础MOS器件物理基础 若 ,那么工作在饱和区的MOSFET构成一个 连接源和漏的电流源,如图2.17所示. 夹果砂遏硬犀娄惮昏围请悼茫根惋皋雾人框付计场蘑恍灯低稳裳况纶执顶MOS器件物理基础MOS器件物理基
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