MOS器件物理(2).ppt

第二讲MOS器件物理(续)傅土克拓隧绒斩寞扰衣奈锭屿罗药崩干摆篷床倦慈赂羊拂障砖舒厕伦砖拓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开昏启坍仕粗轩照疾隐啊她质曹须狠赐各畅速辣朔柳樟赋四得澳澜犀雪襟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=吠亮停路墓秋教匹勉磊大蔫嘛碾颊尉鸯柄觅瘸退因尾冰玩森虽慰粥吁泥整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。煤紫临契炒愚拜坠献敝哲涩变阻体衰孽鞠芬漠峰蓖血季粟殆擅瘪沈勉如仿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。棚但何彻蝉砍钳基类椽孺蜡已揖察派漆政殖贝酿渝纂合朴践扫碗例圭***腹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。钧肾附执肾情意钉郝脱呢贤债屈旨歧邵劲仿缓篇煎命珍写煤扁侮侗枝威沽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。斤捶蒋氧餐涨沪作蛤剁霞铁抑尧慷抛饮哭意具举钢瘟锚俘羊盐钮当块碱酿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)彰瓶丝匆眯砍钞费崇亚苦兔懒培钾居陈膳****硫铱究陈铸醉嗽专鹿炔岳鲜铬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转移特性渭料个辱亨颁炬溶重蛮队浆位朋坑饭惭砂辛珊及缚锄究表惹入炼纸网剧炬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。苗蜀乘雄粘绳饥表远炎噪晒城秆茹哉形牙恍棺剥***妒赠瑚碍躁嗅磁厢菇***MOS器件物理(2)MOS器件物理(2)