《MOSFET直流特性》PPT课件

《《MOSFET直流特性》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、§3、MOSFET的直流特性本节内容推导长沟道MOSFET的电流－电压之间的数学关系，包括：线性区的I-V关系饱和区的I-V关系亚阈值区的I-V关系沟道长度调制效应基本方程半导体器件的特性一般由下面三组方程决定器件结构以NMOS为例，结构和尺寸如图所示基本假定衬底均匀掺杂氧化层中面电荷密度Q0为常数忽略源、漏区体电阻忽略源、漏PN结和场感应结的反向漏电流长、宽沟MOSFET：W>>L>>Tox>>Xc反型层载流子迁移率为常数，其值取位于栅和漏平均电场处的表面迁移率，尽管与Ex、Ey都有关。基本假定（1）缓变沟

2、道近似*数学表示式：Poission方程变成一维：忽略空穴电流*，只考虑电子电流Jn，平且假定电流只沿Y方向流动*强反型近似成立StrongInversionApproximation假定沟道强反型后，沟道电流是由漂移而非扩散产生的不考虑复合与产生。稳态时，Jn的散度为0。即沟道区的任何一点上，总的漏电流IDS是一样的基本假定（2）根据上述假设，沟道中任意一点的电流密度：Ey：沟道y方向y点的电场。Vy：y点相对于源端的电位电流－电压方程（1）（强反型近似）电流－电压方程一级近似模型：MOSFET线性区假设1

3、2假定沿沟道长度方向的体电荷密度Qb是固定的，即与漏电压VDS无关：这一电流方程最先由C.T.Sah在1964年得到，称为萨之唐方程，也是SPICE中的LEVEL1级模型。一级近似模型：MOSFET线性区工艺跨导参数：阈值电压：单位：A/V2沟道宽长比：当VDS较小*：沟道电阻：non-physicalAtPeakcurrent,WhenVY=VGS-VTn,Qi(Y)=0而Vy的最大值在漏端当VDS=Vdsat=VGS-VTn时，漏端沟道消失（被夹断）。漏端沟道开始夹断时的漏源电压称为饱和电压，用Vdsat

4、表示，对应的电流称为饱和电流，用IDsat表示。一级近似模型：MOSFET饱和区夹断点的漏电流saturated夹断后，VDS再增加，增加的部分全部降落再夹断区，导致夹断点向源区移动。对于长沟道，L’>>∆L，可以认为沟道长度基本不变，电流也不再变化，夹断后漏电流由Idsat外推得到。一级近似模型：MOSFET饱和区夹断的条件：Qi(Y=L)=0漏电流达到最大夹断时的源漏电压：VDS=VDsat=VGS-VTn夹断后，VDS再增加：增加的部分全部降落在夹断区夹断点向源端方向移动，夹断区展宽夹断区是耗尽区若L>

5、>∆L，漏电流维持在IDsat一级近似模型：MOSFET饱和区二者等价沟道真的被夹断了？沟道长度调制效应（CLM）Channel-Length-Modulation当VDS>VDsat,漏耗尽区展宽，夹断点向源端移动，夹断点P和n+漏区之间的夹断区∆L使得有效沟道长度L减小为L’。∆L与（VDS-VDSAT）有关，它将调制有效沟道长度，这种现象称为沟道长度调制。对于短沟道器件，沟道长度调制使得MOST工作在饱和区时，漏电流IDS随VDS增加而缓慢增加。精确描述CLM，需要二维求解。SPICE中用沟道长度调制系

6、数λ表示饱和区VDS对IDS的影响程度。一级近似模型：结论MOSFET的一级模型，由下面方程描述一级模型即使对于沟道很大的器件，例如10微米，其精确性也不能令人满意，但对基本的电路分析和手工计算非常应用。截止区线性区饱和区平方律理论体电荷模型（BulkchargeModel）基本假设：保留1～10项假设，撤销第11项假设，该假设认为沿沟道长度方向Qb是不变的。事实上，当VDS≠0时，从源到漏的Qb（耗尽层宽度Xdmax）是逐渐增加的,体电荷模型考虑到了这一点。体电荷模型（BulkchargeModel）SPI

7、CELEVEL2级模型中的电流方程考虑体电荷效应得到的IDS、Vdsat比萨之唐方程计算的结果要小。平方根近似亚阈值电流（1）亚阈值区的定义：表面弱反型：VGS4Vt时，IDsub与VDS无关（但对于短沟道器件，亚阈值电流强烈依赖于漏电压）亚阈值电流与

8、温度有强烈的依赖关系，低温时亚阈值电流随VGS变化陡峭亚阈值斜率S表征亚阈值区的重要参数物理意义是器件从导通电流减小到截至电流时所要求的栅压的变化量，也称为栅压摆幅。定义为亚阈值电流每变化10倍（一个数量级）所要求的栅压的变化量*。S的单位：V/decS越小器件的开关特性越好亚阈值电流（3）测量得到的亚阈值电流数据。半对数坐标系中的亚阈值电流为直线。直线斜率的倒数S定义为亚阈值斜率的倒数（简称为亚阈