深圳大学-数字集成电路(中文)第三章.pptVIP

PMOS晶体管 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 x 10 -4 V DS (V) I D (A) Assume all variables negative! VGS = -1.0V VGS = -1.5V VGS = -2.0V VGS = -2.5V 作为开关的晶体管模型 作为开关的晶体管模型 MOS 电容动态特性 MOS晶体管动态特性 栅极电容 Cut-off Resistive Saturation 在数字电路设计时最重要的工作区: 饱和区、截至区 栅极电容 CGC和 VGS的关系(with VDS = 0) CGC与饱和程度的关系 栅极电容测量 结电容 底板 侧壁 侧壁 沟道 源 N D 沟道阻挡注入 N A 1 衬底 N A W x j L S 结电容 Digital Integrated Circuits Devices 第二章 器件 主要内容 定性了解MOS器件 介绍器件的基本公式 介绍用于手工分析的简单模型 介绍用于SPICE模拟的器件模型 工艺偏差的影响 二极管 n p p n B A SiO 2 Al A B Al A B 一维表示 二极管符号 IC工艺中PN结截面图 耗尽区 正向偏置 Typically avoided in Digital ICs 反向偏置 The Dominant Operation Mode 二极管电流 手工分析模型 结电容 二级效应 –25.0 –15.0 –5.0 5.0 V D (V) –0.1 I D ( A ) 0.1 0 0 雪崩击穿 Avalanche Breakdown 二极管模型(SPICE) MOS晶体管 A Switch! |V GS | An MOS Transistor MOS晶体管 Polysilicon Aluminum MOS 晶体管-类型及符号 D S G G S D D S G NMOS 三端器件 B NMOS 四端器件 PMOS 三端器件 PMOS 四端器件 阈值电压 阈值电压 体效应 MOS晶体管电流电压关系 平 方 关 系 VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V 电阻区 饱和区 VDS = VGS - VT VDS IDS 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 1 2 3 4 5 6 线性（电阻）区的MOS晶体管 NMOS沟道电势示意图(0VDS VGS-VT ) 边界条件:V(x)|x=0=0, V(x)|x=L=VDS I/V特性 三极管区(线性区) 每条曲线在VDS＝VGS－VTH时取最大值，且大小为： VDS＝VGS－VTH时沟道刚好被夹断 饱和区MOS晶体管 Pinch-off 饱和区的MOSFET（VDS ≥ VGS－VT） 当V(x)接近VGS-VT，Qd(x)接近于0，即反型层将在X≤L处终止，沟道被夹断。 手工分析模型 深亚微米器件电流电压关系 Linear Relationship -4 V DS (V) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Early Saturation 速度饱和 x (V/μm) x c = 1.5 u n ( m / s ) u sat = 10 5 Constant mobility (slope = μ) Constant velocity I D Long-channel device Short-channel device V DS V DSAT V GS - V T V GS = V DD ID vs VGS 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 1 2 3 4 5 6 x 10 -4 V GS (V) I D (A) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 -4 V GS (V) I D (A) quadratic quadratic linear Long Channel Short Channel ID vs VDS -4 V DS (V) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 1 2 3 4 5 6 x 10 -4 V DS (V) I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2