《专用集成电路设计-2010(2)》.ppt

* * 此时电流： ID=-WCox( UGS-UTH-Ux )v。对于半导体， v=μE，其中μ是载流子的迁移率，E是电场。 注意到 E(x) =-dUx/dx，电子迁移率用μn表示。则电流： ID=WCox( UGS-UTH-Ux ) μn ( dUx/dx ) 对应边界条件为U(x=0)=0和U(L)=UDS 。上式两边都乘dx并积分可得： 由于ID沿沟道是常数，则： 线性区 * * 4、若漏源电压UDSUGS-UTH，沟道电流被夹断，漏极电流并不遵循抛物线特性。在饱和区，此时，沿轨道x点处电荷： Qd(x)= WCox( UGS-UTH-Ux ) 积分： x≈L，则电流： 0 x1 L x2 * * 随着栅漏电压差增大，实际的导电沟道逐渐减小，则x实际上是UDS的函数，这一效应称为“沟道调制效应”。 定义x=L-△x，即1/x ≈(1+ △x/L) /L，假设△x/L与UDS是线性的，即△x/L=λ UDS，λ是沟道长度调制系数，则： 沟道长度调制效应 * * NMOS管在截止区、线性区、恒流区的电流方程如式(3-4)所示： UGSUTHN (截止区) UDSUGS-UTHN(线性区) UDSUGS-UTHN(恒流区) (3-4a) (3-4b) (3-4c) * * PMOS在截止区、线性区、恒流区的电流方程如式(3-5)所示： |UGS||UTHP| (截止区) |UDS||UGS|-|UTHP| (线性区) |UDS||UGS|-|UTHP| (恒流区) (3-5a) (3-5b) (3-5c) * * 各参数的物理意义： 1、μn——电子迁移率；μp——空穴迁移率 μn≈1300 cm2/s·V (3 - 6) μp≈500 cm2/s·V (3 - 7) 2、Cox——单位面积栅电容， 且 3、W/L——沟道宽度和沟道长度之比。 4、UTHN、 UTHP——开启电压(阈值电压)。 假设UDD=5 V， 则 增强型NMOS管：UTHN≈(0.14～0.18)UDD≈0.7 ～0.9 V 增强型PMOS管：UTHP≈-0.16|UDD|≈-0.8 V (3 - 9) * * 5、λn、λp——沟道调制系数，即UDS对沟道长度的影响。 对PMOS： 式中， UA为厄尔利电压(Early Voltage)，其意义如下图： 对NMOS： * * 对于典型的0.5μm工艺的MOS管，其主要参数如下 假定有一0.5μm工艺NMOS管，W=3μm, L=2μm, 在恒流区则有: 若UGS=5 V, 则 若UGS=2 V, 则 * * 1. 线性区的输出电阻 根据线性区的电流方程(式(3 - 4b))， 当UDS很小(UDS2(UGS-UTH))时， 可近似有： (3 - 10) 3.2.4 MOS管的输出电阻 UGS=1.5V 2.5V 5V * * 可以看出，深线性区Rox是UGS的函数，UGS越大Rox越小，这一区域又叫可变电阻区。 那么， 输出电阻RON为： (3 - 11) * * 2、恒流区的输出电阻 根据恒流区的电流方程(式(3 - 4c))， 有： (3 - 12) 可以看出：工作点越低， IDQ越小， 输出电阻越大。 * * 恒流区电流方程在忽略沟道调制影响时为平方律方程， 即 (3 - 13) 在恒流区，栅源电压UGS对ID的控制能力用参数gm表示，称之为“跨导”： (3 - 14a) (3 - 14b) (3 - 14c) 3.2.5 MOS管的跨导gm * * 前面所有结论是在衬底与源极等电位的前提下得出来的。 3.2.6 体效应与背栅跨导gmb 图3-10 UBS0的MOS 管（V2） 如果在同一衬底上做许多管子，为了保证导电沟道和衬底之间的隔离，其PN结必须反偏，一般N管的衬底要接到全电路的最低电位点, P管的衬底接到最高电位点UDD。 因此，有些管子的源极和衬底之间存在电位差，即UBS0 。如图所示，V2的UBS0。 * * 当UBS0 时，沟道与衬底间的耗尽层加厚，导致阈值电压UTH增大，沟道变窄，沟道电阻变大，ID减小，人们将此称为“体效应”、“背栅效应”或“衬底调制效应”。考虑体效应