5.1 MOS管伏安特性的推导_第1页
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文档简介

1第五章MOS场效应管的特性5.1MOS场效应管5.2MOS管的阈值电压5.3体效应 5.4

MOSFET的温度特性

5.5MOSFET的噪声5.6MOSFET尺寸按比例缩小5.7MOS器件的二阶效应

25.1MOS场效应管

5.1.1MOS管伏安特性的推导两个PN结：1）N型漏极与P型衬底；2）N型源极与P型衬底。同双极型晶体管中的PN结一样，在结周围由于载流子的扩散、漂移达到动态平衡，而产生了耗尽层。一个电容器结构：栅极与栅极下面的区域形成一个电容器，是MOS管的核心。图5.13MOSFET的三个基本几何参数栅长: L栅宽: W氧化层厚度: tox4MOSFET的三个基本几何参数Lmin、Wmin和tox

由工艺确定Lmin：MOS工艺的特征尺寸(featuresize)

决定MOSFET的速度和功耗等众多特性L和W由设计者选定通常选取L=

Lmin，由此，设计者只需选取WW影响MOSFET的速度，决定电路驱动能力和功耗5MOSFET的伏安特性:电容结构当栅极不加电压或加负电压时，栅极下面的区域保持P型导电类型，漏和源之间等效于一对背靠背的二极管，当漏源电极之间加上电压时，除了PN结的漏电流之外，不会有更多电流形成。当栅极上的正电压不断升高时，P型区内的空穴被不断地排斥到衬底方向。当栅极上的电压超过阈值电压VT，在栅极下的P型区域内就形成电子分布，建立起反型层，即N型层，把同为N型的源、漏扩散区连成一体，形成从漏极到源极的导电沟道。这时，栅极电压所感应的电荷Q为，

Q=CVge式中Vge是栅极有效控制电压。6非饱和时，在漏源电压Vds作用下，这些电荷Q将在

时间内通过沟道，因此有MOS的伏安特性

电荷在沟道中的渡越时间

为载流子速度，Eds=Vds/L为漏到源方向电场强度，Vds为漏到源电压。为载流子迁移率：µn

=650cm2/(V.s)

电子迁移率(nMOS)µp

=240cm2/(V.s)

空穴迁移率(pMOS)7MOSFET的伏安特性—方程推导非饱和情况下，通过MOS管漏源间的电流Ids为：=

'.

0

栅极-沟道间氧化层介电常数,

'=4.5,

0=0.88541851.10-11

C.V-1.m-1Vge是栅级对衬底的有效控制电压其值为栅级到衬底表面的电压减VT8当Vgs-VT=Vds时，满足:Ids达到最大值Idsmax，其值为Vgs-VT=Vds，意味着近漏端的栅极有效控制电压Vge=Vgs-VT-Vds=Vgs-Vds-VT=

Vgd-VT=0感应电荷为0，沟道夹断，电流不会再增大，因而，这个Idsmax就是饱和电流。MOS的伏安特性—漏极饱和电流9MOSFET特性曲线在非饱和区

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