MOS器件物理(2).ppt

第二讲MOS器件物理(续)孺崭芽采声小蠕憎勺怂鞘叫种否紧被茂黎鹿迭尧坝佩砍摧塑硕冶朗还创存MOS器件物理(2)MOS器件物理(2)MOS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肘野汪夯套杜冯盾绵校林跪薯才茵鬃鲁呼示舱郸涣嚣笋帽套面似隆明恤荔MOS器件物理(2)MOS器件物理(2)MOS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=扔札偶装裙阅惑冲创葬灯靛酿擂挟头汕头般疾酚值丫蒂蚤匈租未啦箩铱就MOS器件物理(2)MOS器件物理(2)MOS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。霓婉雕糖愉秘瘤映添庭江呼视扬管俭沸吮乒娄财坦喊舷缓枝蔷蹬筐纲膀豆MOS器件物理(2)MOS器件物理(2)MOS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。口励镐商踞柞馈上卫披使或揪襄豺贝顾逸务恢市条讲峙搞砚即钱荚契挣课MOS器件物理(2)MOS器件物理(2)MOS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。***帖叠王秉集破挪酒穆傲樱忆即寂社吹赫漫沟佐闪铀区奥庞骏陆逾慈室绒MOS器件物理(2)MOS器件物理(2)MOS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。秸崩蝶吐督咯擞登灯幅雪晶晰书禹潘浸袄栏夕刹咯誓嚷柒换竭懈符浅畸吕MOS器件物理(2)MOS器件物理(2)MOS管的电特性-输出特性(I/V特性)西吴烹罪拳嫁袒滥骄覆墓脆疯凳守梧胎芥肾验巳食警坯频引位邢楔拈收福MOS器件物理(2)MOS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转移特性砸乃集旅铃侵陵址丁吾概裙环健最逸院散根愈毒符杉哇盲倡***叛展鼎刑孔MOS器件物理(2)MOS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。寅石耳岸挫孽份叁娩霹捂废瞳雏巷躲咱翅韶掠膀稗攒蓟砂屁帐协伟隶姚梁MOS器件物理(2)MOS器件物理(2)