《器件物理基础》ppt课件

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1、第二章MOS器件物理基础1．了解无源元件的基本原理。2．了解有源元件的基本原理。3．了解基本MOS器件模型。主要内容了解MOS器件物理基础概念掌握MOS的I/V特性掌握二级效应基本概念了解MOS器件模型什么是无源器件和有源器件？无源器件passivedevices：如果电子元器件工作时，其内部没有任何形式的电源，则这种器件叫做无源器件。有源器件activedevices：如果电子元器件工作时，其内部有电源存在，则这种器件叫做有源器件。从电路性质上看，无源器件有两个基本特点：（1）自身或消耗电能，或把电能转变为不同形式的其他能量。（2）只需输入信号，不需要外加电源就能正常

2、工作。从电路性质上看，有源器件有两个基本特点：（1）自身也消耗电能。（2）除了输入信号外，还必须要有外加电源才可以正常工作。分类电感变压器晶体管运算放大器电阻器插座参考电压源晶闸管有源器件无源器件1.MOSFET的基本结构2.MOSFET的结构衬底Ldrawn：沟道总长度Leff：沟道有效长度，Leff＝Ldrawn－2LDMOSFET的结构LD：横向扩散长度（bulk、body）MOS管正常工作的基本条件MOS管正常工作的基本条件是:所有衬源（B、S）、衬漏（B、D）pn结必须反偏！寄生二极管同一衬底上的NMOS和PMOS器件寄生二极管*N-SUB必须接最高电位VDD

3、！*P-SUB必须接最低电位VSS！*阱中MOSFET衬底常接源极SMOS管所有pn结必须反偏:例：判断制造下列电路的衬底类型1.MOSFET的基本结构*N-SUB必须接最高电位VDD！*P-SUB必须接最低电位VSS！*阱中MOSFET衬底常接源极SMOS管所有pn结必须反偏:2.MOS的阈值电压NMOS器件的阈值电压VTH(a)栅压控制的MOSFET(b)耗尽区的形成(c)反型的开始(d)反型层的形成NMOS管VGS>VT、VDS=0时的示意图NMOS管VGS>VT、0

4、件:V(x)

5、x=0=0,V(x)

6、x=L=VDS2.MOS的阈值电压1.阈值电压：引起沟道区产生强表面反型的最小栅电压。2.沟道未夹断条件：3.了解I/V特性Qd：沟道电荷密度Cox：单位面积栅电容沟道单位长度电荷(C/m)WCox：MOSFET单位长度的总电容Qd(x)：沿沟道点x处的电荷密度V(x)：沟道x点处的电势I/V特性的推导（1）电荷移动速度(m/s)V(x)

7、x=0=0,V(x)

8、x=L=VDSI/V特性的推导（2）对于半导体：且三极管区的MOSFET（0

9、S－VTH时取最大值，且大小为：VDS＝VGS－VTH时沟道刚好被夹断饱和区的MOSFET（VDS≥VGS－VT）当V(x)接近VGS-VT，Qd(x)接近于0，即反型层将在X≤L处终止，沟道被夹断。NMOS管的电流公式截至区，VgsVTHVDSVTHVDS>Vgs-VTHMOS管饱和的判断条件NMOS饱和条件：Vgs>VTN；Vd≥Vg-VTHNPMOS饱和条件:Vgs

10、VTP

11、gdgd判断MOS管是否工作在饱和区时，不必考虑VsMOS模拟开关MOS管为什么可用作模拟开关？MOS管D、S可互换，

12、电流可以双向流动。可通过栅源电源（Vgs）方便控制MOS管的导通与关断。关断后Id≈04.二级效应MOS管的开启电压VT及体效应ΦMS：多晶硅栅与硅衬底功函数之差Qdep耗尽区的电荷,是衬源电压VBS的函数Cox：单位面积栅氧化层电容MOS管的开启电压VT及体效应无体效应源极跟随器有体效应体效应系数，VBS＝0时，＝0MOS管体效应的Pspice仿真结果Vb=0.5vVb=0vVb=-0.5vIdVg体效应的应用：利用衬底作为MOS管的第3个输入端利用VT减小用于低压电源电路设计MOSFET的沟道调制效应MOSFET的沟道调制效应LL’MOS管沟道调制效应的Pspice仿

13、真结果VGS-VT=0.15V,W=100µ∂ID/∂VDS∝λ/L∝1/L2Ｌ=2µＬ=6µＬ=4µ亚阈值导电特性(ζ>1,是一个非理想因子)MOS管亚阈值导电特性的Pspice仿真结果VgSlogID仿真条件：VT＝0.6ＶW/L＝100µ/2µMOS管亚阈值电流ID一般为几十~几百nA,常用于低功耗放大器、带隙基准设计。4.二级效应1.什么是”体效应“或者“背栅效应”？2.什么是沟道长度调制？3.亚阈值导电性？5.MOS器件模型MOS器件版图MOS器件电容减小MOS器件电容的版图结构对于图a:CDB=CSB=