拉扎維模擬集成電路精講ppt第一講mos器件特性分析

第二章MOS器件物理基礎(chǔ)2.1基本概念襯底Ldrawn：溝道總長(zhǎng)度Leff：溝道有效長(zhǎng)度，Leff＝Ldrawn－2LDLD：橫向擴(kuò)散長(zhǎng)度（bulk、body）N阱CMOS技術(shù)MOSFET是一個(gè)四端器件MOS符號(hào)MOS管正常工作的基本條件寄生二極管2.2MOS的I/V特性同一襯底上的NMOS和PMOS器件寄生二極管*N-SUB必須接最高電位VDD！*P-SUB必須接最低電位VSS！*阱中MOSFET襯底常接源極SNMOS器件的閾值電壓VTH(a)柵壓控制的MOSFET(b)耗盡區(qū)的形成(c)反型的開(kāi)始(d)反型層的形成閾值電壓（VTH

）定義

NFET的VTH通常定義為界面的電子濃度等于P型襯底的多子濃度時(shí)的柵壓。

ΦMS是多晶硅柵和硅襯底的功函數(shù)之差；

q是電子電荷，Nsub是襯底摻雜濃度，Qdep是耗盡區(qū)電荷，Cox是單位面積的柵氧化層電容；

εsi表示硅介電常數(shù)。“本征”閾值電壓通過(guò)以上公式求得的閾值電壓，通常成為“本征”閾值電壓.在器件制造工藝中，通常通過(guò)向溝道區(qū)注入雜質(zhì)來(lái)調(diào)整VTHQd：溝道電荷密度Cox：?jiǎn)挝幻娣e柵電容溝道單位長(zhǎng)度電荷(C/m)WCox：MOSFET單位長(zhǎng)度的總電容Qd(x)：沿溝道點(diǎn)x處的電荷密度V(x)：溝道x點(diǎn)處的電勢(shì)I/V特性的推導(dǎo)（1）電荷移動(dòng)速度(m/s)V(x)|x=0=0,V(x)|x=L=VDSI/V特性的推導(dǎo)（2）對(duì)于半導(dǎo)體：且三極管區(qū)的MOSFET（0<VDS<VGS－VTH）等效為一個(gè)壓控電阻I/V特性的推導(dǎo)（3）三極管區(qū)(線性區(qū))每條曲線在VDS＝VGS－VTH時(shí)取最大值，且大小為：VDS＝VGS－VTH時(shí)溝道剛好被夾斷飽和區(qū)的MOSFET（VDS≥

VGS－VT）當(dāng)V(x)接近VGS-VT，Qd(x)接近于0，即反型層將在X≤L處終止，溝道被夾斷。NMOS管的電流公式截至區(qū)，VGS<VTH線性區(qū),VGS>VTHVDS<VGS-VTH飽和區(qū),VGS>VTHVDS>VGS-VTHMOSFET的I/V特性TriodeRegionVDS>VGS-VT溝道電阻隨VDS增加而增加導(dǎo)致曲線彎曲曲線斜率開(kāi)始正比于VGS-VTVDS<VGS-VT用作恒流源條件：工作在飽和區(qū)且VGS＝const！MOSFET的跨導(dǎo)gm2.3二級(jí)效應(yīng)體效應(yīng)溝道長(zhǎng)度調(diào)制亞閾值導(dǎo)電性電壓限制MOS管的開(kāi)啟電壓VT及體效應(yīng)ΦMS：多晶硅柵與硅襯底功函數(shù)之差Qdep：耗盡區(qū)的電荷,是襯源電壓VBS的函數(shù)Cox：?jiǎn)挝幻娣e柵氧化層電容MOS管的開(kāi)啟電壓VT及體效應(yīng)無(wú)體效應(yīng)源極跟隨器

有體效應(yīng)襯底跨導(dǎo)gmbMOSFET的溝道調(diào)制效應(yīng)LL’MOS管溝道調(diào)制效應(yīng)的spice仿真結(jié)果?ID/?VDS∝λ/L∝1/L2Ｌ=2μＬ=6μＬ=4μ亞閾值導(dǎo)電特性(ζ>1,是一個(gè)非理想因子)MOS管亞閾值導(dǎo)電特性的spice仿真結(jié)果VgSlogID仿真條件：VT＝0.6ＶW/L＝100μ/2μMOS管亞閾值電流ID一般為幾十~幾百nA。電壓限制柵氧擊穿過(guò)高的GS電壓?！按┩ā毙?yīng)過(guò)高的DS電壓，漏極周圍的耗盡層變寬，會(huì)到達(dá)源區(qū)周圍，產(chǎn)生很大的漏電流。MOS器件版圖2.4MOS器件模型MOS器件電容減小MOS器件電容的版圖結(jié)構(gòu)對(duì)于圖a:CDB=CSB=WECj+2(W+E)Cjsw對(duì)于圖b:CDB=(W/2)ECj+2((W/2)+E)CjswCSB=2((W/2)ECj+2((W/2)+E)Cjsw)=WECj+2(W+2E)Cjsw柵源、柵漏電容隨VGS的變化曲線C3=C4=COVWCov：每單位寬度的交疊電容MOS管關(guān)斷時(shí):CGD=CGS=CovW,CGB=C1//C2C1=WLCoxMOS管深線性區(qū)時(shí):CGD=CGS=C1/2+CovW,CGB=0,溝道屏蔽MOS管飽和時(shí):CGS=2C1/3+CovW,和CGD=CovW,CGB=0,溝道屏蔽柵極電阻MOS低頻小信號(hào)模型完整的MOS小信號(hào)模型MOSSPICE模型在電路模擬（simulation）中，SPICE要求每個(gè)器件都有一個(gè)精確的模型。種類1st

代：MOS1，MOS2，MOS3；2nd代：BSIM，HSPICElevel＝28，BSIM23rd代：BSIM3，MOSmodel9，EKV(Enz-Krummenacher-Vittoz)目前工藝廠家最常提供的MOSSPICE模型為BSIM3v3（UCBerkeley）仿真器：HSPICE；SPECTRE；PSPICE用簡(jiǎn)單的模型設(shè)計(jì)（design），用復(fù)雜的模型驗(yàn)證（verification）；模型用于：大信號(hào)靜態(tài)(dcvariables)小信號(hào)靜態(tài)(gains,resistances)小信號(hào)動(dòng)態(tài)(frequencyresp