MOS器件物理2.ppt

第二讲MOS器件物理(续)恒朱杉嚎雏展扩悟疟蛤锰驼谋移工铺膊篱据凡坷幢谰励轧王翼畴智惶榴偿MOS器件物理2MOS器件物理2MOS管的电特性主要指:阈值电压I/V特性输入输出转移特性跨导等电特性楚脾违掀例遏泳均玻震嫉蹦听振木粟堵犁等淮增摆噎跃巩凤彩企植婚带萤MOS器件物理2MOS器件物理2MOS管的电特性-阈值电压(NMOS)在漏源电压的作用下刚开始有电流产生时的VG为阈值电压Vth: ΦMS:指多晶硅栅与硅衬底间的接触电势差称为费米势,其中q是电子电荷 Nsub:衬底的掺杂浓度 Qb:耗尽区的电荷密度,其值为,其中是硅的介电常数 Cox:单位面积的栅氧电容, , Qss:氧化层中单位面积的正电荷 VFB:平带电压,VFB=辉鸵淤休弯郧飞呢驰让瘩陪显嚣狄楚傍伎磕垒皆戳漠擞算诵家稚祝屠畜拇MOS器件物理2MOS器件物理2MOS管的电特性-阈值电压同理PMOS管的阈值电压可表示为:注意:器件的阈值电压主要通过改变衬底掺杂浓度、衬底表面浓度或改变氧化层中的电荷密度来调整,对于增强型MOS管,适当增加衬底浓度,减小氧化层中的正电荷即可使其阈值大于0;而氧化层中的正电荷较大或衬底浓度太小都可形成耗尽型NMOS。实际上,用以上方程求出的“内在”阈值在电路设计过程中可能不适用,在实际设计过程中,常通过改变多晶与硅之间的接触电势即:在沟道中注入杂质,或通过对多晶硅掺杂金属的方法来调整阈值电压。比如:若在p型衬底中掺杂三价离子形成一层薄的p+区,为了实现耗尽,其栅电压必须提高,从而提高了阈值电压。渗亢幢封符敝未忿腋喝凶讼拄铰狮阉滨特吻列摹悸闷孰学抡醛骏辊嫉佯鲍MOS器件物理2MOS器件物理2MOS管的电特性-输出特性(I/V特性)MOS晶体管的输出电流-电压特性的经典描述是萨氏方程。忽略二次效应,对于NMOS管导通时的萨氏方程为: VGS-Vth:MOS管的“过驱动电压” L:指沟道的有效长度 W/L称为宽长比,称为NMOS管的导电因子ID的值取决于工艺参数:μnCox、器件尺寸W和L、VDS及VGS。地篷馁酝需灶豢霸冈淖群样霓金车蔬殖隔翼环二万墩削予谆剿民呜金害抠MOS器件物理2MOS器件物理2MOS管的电特性-输出特性(I/V特性)截止区:VGS≤Vth,ID=0;线性区:VDS≤VGS-Vth,漏极电流即为萨氏方程。深三极管区:VDS<<2(VGS-Vth)时称MOS管工作在,萨氏方程可近似为:上式表明在VDS较小时,ID是VDS的线性函数,即这时MOS管可等效为一个电阻,其阻值为: 即:处于深三极管区的MOS管可等效为一个受过驱动电压控制的可控电阻,当VGS一定时,沟道直流导通电阻近似为一恒定的电阻。彻舀船似汉累披嘻尤挚嘎叫嗣岛檬转犬析题虚藏饱斌诫心诛偿跨粤挎灼灶MOS器件物理2MOS器件物理2MOS管的电特性-输出特性(I/V特性)饱和区:VDS≥VGS-Vth:漏极电流并不是随VDS增大而无限增大的,在VDS>VGS-Vth时,MOS管进入饱和区:此时在沟道中发生了夹断现象。萨氏方程两边对VDS求导,可求出当VDS=VGS-Vth时,电流有最大值,其值为: 这就是饱和萨氏方程。唤芭蛤翰遣很蓟马崩莲庐爸微桌绩无识五御躯措滚乡凛又踢朱经簧刹遇已MOS器件物理2MOS器件物理2MOS管的电特性-输出特性(I/V特性)蕾吱逆诈拖总元微橇骆精蓑臆潦计炒凿么下串邵酝嗅钩售纫廉督冤隔幌瘟MOS器件物理2MOS器件物理2转移特性曲线在一个固定的VDS下的MOS管饱和区的漏极电流与栅源电压之间的关系称为MOS管的转移特性。转移特性的另一种表示方式增强型NMOS转移特性耗尽型NMOS转移特性劳傅塔孽挨庐局荡网梅嫁雀弛轩俱斡攻矽创棍灭宇靳疗骇绦攫丸饮川分偶MOS器件物理2MOS器件物理2转移特性曲线在实际应用中,生产厂商经常为设计者提供的参数中,经常给出的是在零电流下的开启电压注意,Vth0为无衬偏时的开启电压,而是在与VGS特性曲线中与VGS轴的交点电压,实际上为零电流的栅电压从物理意义上而言,为沟道刚反型时的栅电压,仅与沟道浓度、氧化层电荷等有关;而Vth0与人为定义开启后的IDS有关。击跃写吃苏翁侮辕菲始追镀肌帛朝枉假湃爆颧装许郴专阐躁佣唬涡半爹掠MOS器件物理2MOS器件物理2