Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素ppt课件

1、 Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui ProvinceMOSFETMOSFET特性分析特性分析 Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui ProvinceOutline1. 1. 等效电路和频率呼应等效电路和频率呼应2. MOSFET2. MOSFET的类型的类型3. 3. 影响阈值电压的其他要素影响阈值电压的其他要素 1 1掺杂浓

2、度和氧化层厚度掺杂浓度和氧化层厚度 2 2衬底偏置衬底偏置 Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui ProvinceMOSFETMOSFET的小信号特性是指在一定任务点上，输出端电流的微小的小信号特性是指在一定任务点上，输出端电流的微小变化与输入端电压的微小变化之间有定量关系。这是一种线性变化与输入端电压的微小变化之间有定量关系。这是一种线性变化关系，可以用线性方程组描画小信号特性，其中不随信号变化关系，可以用线性方程组描画小信号特性，其中不随信号电流和信号电压变

3、化的常数即小信号参数。电流和信号电压变化的常数即小信号参数。 Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province在线性区的电阻称为开态电阻或导通电阻，可表示为：在线性区的电阻称为开态电阻或导通电阻，可表示为：2)(2DTHGn0DVVVVLZCID)(THG0ndlVVLZCg常数GVDDdlVIg)(1THG0ndlonVVZCLgR可忽略可忽略 Micro Electromechanical System Research Center of Engin

4、eering and Technology of Anhui Province在在VDS较小时，较小时，gdl与与VDS无关。随着无关。随着VDS的增大，但还的增大，但还未到饱和区，未到饱和区，gdl将会减小。此时有：将会减小。此时有：不可忽略不可忽略常数GVDDdlVIg)(DTHG0ndlVVVLZCg Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province Micro Electromechanical System Research Center of

5、Engineering and Technology of Anhui Province在不思索沟道长度调变效应时，在不思索沟道长度调变效应时，IDS与与VDS 无关。无关。饱和任务区的饱和任务区的gds为零，即输出电阻为无穷大。为零，即输出电阻为无穷大。0dsg常数GVDDdsVIg2THGn0Dsat)(2VVLZCI Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province理想情况下，对于任何超越夹断条件的漏极电压，漏极电流理想情况下，对于任何超越夹断条件的

6、漏极电压，漏极电流为常数电流与电压无关。即对于为常数电流与电压无关。即对于VDVDsat时的情况，漏时的情况，漏极电阻为无限大。饱和区漏极电阻定义为：极电阻为无限大。饱和区漏极电阻定义为：常数GVDsatDsatdsIVr Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province对于实践对于实践MOSFET，饱和区输出特性曲线总有一定的倾斜，饱和区输出特性曲线总有一定的倾斜，使输出电导不等于零，即输出电阻不为无穷大。使输出电导不等于零，即输出电阻不为无穷大。Dsa

7、taTHDSsDsatdDsatDsat)(2/IqNVVVLLIxLLLLIIGS常数GVDDsatdsVIgaTHDSs21THDSasDsatds)(2)(2qNVVVLVVVqNIgGSGS当当(VGS-VTH)增大时，增大时，gds增大。当增大。当VDS添加时，添加时，gds也增大，使输出电阻下也增大，使输出电阻下降。降。 Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province常数DVGDmlVIg2)(2DTHGn0DVVVVLZCIDDVLZCgn

8、0ml2THGn0Dsat)(2VVLZCI常数DVGDmsVIg)(THGn0msVVLZCg Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui ProvinceZLoGCC栅极栅极- -源极、漏极两个源极、漏极两个N+N+区的区的重叠部分；源极衬底；栅极重叠部分；源极衬底；栅极衬底；漏极、源极两个衬底；漏极、源极两个PNPN结结之间的电容之间的电容CdsCds Micro Electromechanical System Research Center of Engin

9、eering and Technology of Anhui Province 对跨导的影响对跨导的影响由于由于MOSFET源区的体电阻、欧姆接触及电极引线等附加电源区的体电阻、欧姆接触及电极引线等附加电阻的存在，使源区和地之间有一个外接串联电阻阻的存在，使源区和地之间有一个外接串联电阻RS：假设假设RSgm很大：很大：串联电阻起负反响作用不能忽略时：串联电阻起负反响作用不能忽略时：SDSGSGSRIVVmSmm1gRggSmSmmSmm11RgRggRgg常数DVGDmlVIgGSVGSVDSISR Micro Electromechanical System Research Center

10、 of Engineering and Technology of Anhui Province假设漏区的外接串联电阻为假设漏区的外接串联电阻为RD ，在线性任务区受，在线性任务区受RS 及及RD 影响的有效输出电导：影响的有效输出电导：1、RS 和和RD会使跨导和输出电导变小；会使跨导和输出电导变小；2、在设计和制造、在设计和制造MOSFET时应尽量减少漏极和栅极串联电阻。时应尽量减少漏极和栅极串联电阻。阐明：阐明：dDSdd)(1gRRgg常数GVDDdlVIg Micro Electromechanical System Research Center of Engineering an

11、d Technology of Anhui Province可得：可得：移项得到：移项得到：DSSGGSDDSSDDS)(iRvviRRvvGmDDdlvgvgiDDSSDDSSGmD)()(dliRRvgiRvgiSDDSmSSGDSmSmDdldldl)(1)(1vgRRgRgvgRRgRgi代入代入根据：根据：mgdlg串联电阻的导纳变化串联电阻的导纳变化 Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province截止频率截止频率f0定义为定义为MOSFET的

12、输入电流和输出电流相等时的频的输入电流和输出电流相等时的频率，即器件输出短路时，器件不可以放大输入信号时的频率。率，即器件输出短路时，器件不可以放大输入信号时的频率。gsGgsgdgsinV)C(2V)CC(2ZLffioxGCCZL式中，总的栅电容总的栅电容gsmoutVgi)( 2C2DsatD2DnGm0VVLVgf 2)(C22THGnGm0LVVgf Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province1、对于、对于N沟道沟道MOSFET，在，在VG

13、S=0时，不存在沟道，只需当时，不存在沟道，只需当VGSVTH时，栅极下才感应导电沟道，这种时，栅极下才感应导电沟道，这种MOSFET通常通常称为称为N沟道加强型常闭型。沟道加强型常闭型。2、在、在VGS=0时，外表已构成反型导电沟道，器件处于导通时，外表已构成反型导电沟道，器件处于导通形状，称为形状，称为N沟道耗尽型常开型。要使沟道耗尽型常开型。要使N沟道耗尽，必需沟道耗尽，必需在栅极上施加一定的负电压。在栅极上施加一定的负电压。 Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of A

14、nhui Province Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province根据：根据：Si0B00msSi0BFBTHCQCQCQVVfasSiasdmaB42NqNqxqNQ(6-9-1)(6-9-1) Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province Micro Electromechanical System

15、Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province1 1离子注入法：由于用离子注入掺杂含量可以非常准确，离子注入法：由于用离子注入掺杂含量可以非常准确，所以能准确的控制阈值电压。所以能准确的控制阈值电压。 Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province2改动氧化层的厚度。这种方法广泛运用于改动氧化层的厚度。这种方法广泛运用于MOSFET之间之间的隔离。这时，氧化层厚度比源漏区之外

16、的氧化层场区氧化的隔离。这时，氧化层厚度比源漏区之外的氧化层场区氧化层薄得多。于是场区氧比层层薄得多。于是场区氧比层VTH比栅氧化层的比栅氧化层的VTH大得多。大得多。假设将适当栅偏压同时加在栅极氧化层和场区氧化层上，栅下假设将适当栅偏压同时加在栅极氧化层和场区氧化层上，栅下构成了反型沟道，而场区氧化层下面的半导体外表仍保侍耗尽构成了反型沟道，而场区氧化层下面的半导体外表仍保侍耗尽形状。形状。 Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province当有一反向偏压

17、加在衬底和源之间当有一反向偏压加在衬底和源之间(对于对于N沟道，加在沟道，加在P衬底上的衬底上的电压电压VSB相对于源为负相对于源为负)时，耗尽层将加宽，使得空间电荷层中时，耗尽层将加宽，使得空间电荷层中负的固定电荷负的固定电荷QB添加：添加：添加固定电荷的添加固定电荷的QB：2/1SiasdaB)2(NqxqNQ(6-9-2)2/1SiBSasB)(2VNqQ(6-9-3)()2(2/1Si2/1SiBS2/1asBVNqQ(6-9-4) Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province为到达强反型，外加栅电压必需加强来补偿为到达强反型，外加栅电压必需加强来补偿QB ，那么有：，那么有：(6-9-5)()2(2/1Si2/1SiBS02/1as0BTHVCNqCQVVTH Micro Elec