《MOS反向器》PPT课件

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1、第七章MOS反相器第一部分MOS晶体管的工作原理第二部分MOS反相器1、在双极型工艺下ECL/CML：EmitterCoupledLogic/CurrentModeLogic射极耦合逻辑/电流型开关逻辑TTL：TransistorTransistorLogic晶体管-晶体管逻辑：IntegratedInjectionLogic集成注入逻辑2、在MOS工艺下NMOS、PMOS：MNOS：MetalNitride（氮）OxideSemiconductor(E)NMOS与(D)NMOS组成的单元CMOS:

2、MetalGateCMOSHSCMOS：HighSpeedCMOS（硅栅CMOS）CMOS/SOS：SilicononSapphire（兰宝石上CMOS，提高抗辐射能力）VMOS：VerticalCMOS（垂直结构CMOS提高密度及避免Lutch-Up效应）第一部分:MOS晶体管的工作原理MOSFET（MetalOxideSemi-conductionFieldEffectTransistor），是构成VLSI的基本元件。一、半导体的表面场效应1、P型半导体2、表面电荷减少3、形成耗尽层4、形成反型

3、层二、MOS晶体管的结构一个典型的NMOS晶体管结构图器件被制作在P型衬底(bulk或body)上，两个重参杂的n区形成源区（S）和漏区（D），一个重参杂的多晶硅(导电)作为栅（G），一层薄二氧化硅层使删和衬底隔离。器件的有效作用就发生在删氧化层下的衬底区。注意这种结构的源（S）和漏（D）是相同的。源漏方向的尺寸叫删长L，与之垂直方向的细的尺寸叫做栅宽W，由于在制造过程中，源/漏结的横向扩散，源漏之间实际的距离略小于L，为了避免混淆，我们定义Leff=Ldrawn-2LD,Leff称为有效沟道长度，

4、Ldrawn是沟道总长度，LD是横向扩散长度。Leff和氧化层厚度tox对MOS电路的性能有着重要的作用。衬底的电位对器件特性有很大的影，也就是说，MOSFET是一个四端器件。由于在典型的MOS工作中，源漏结二极管都必须反偏，所以我们认为NMOS晶体管的衬底被连接到系统的最低电压上。例如，如果一个电路在0～3V工作．则把衬底连接在最低的0V电位上，实际的连接如下图所示，通过一个p＋欧姆区来实。三、MOS管的符号教材中的NMOS耗尽型：四、MOS管的I/V特性1.阈值电压删氧化层电容耗尽区电容NMOS

5、管的VTH通常定义为界面的电子浓度等于衬底的多子浓度时的删压。可以证明：是多晶硅删和衬底间的功函数差q是电子电荷，Nsub是衬底参杂浓度，Φdep是耗尽区电荷，Cox是单位面积删氧化层电容是半导体衬底费米势影响阈值电压的因素：1）删电极材料2）删氧化层质量，厚度3）衬底参杂浓度PMOS导通现象类似于NMOS，但其所有极性都相反2.I/V特性的推导首先，分析一个载有电流I的半导体棒：沿电流方向的电荷密度是Qd（C/m）,电荷移动速度是v（m/s）源和漏等压时的沟道电荷其次，考虑源和漏都接地的NMOS，

6、反型层中的电荷密度是多少？我们认为VGS＝VTH时开始反型，所以VGS≥VTH时，沟道中电荷密度（单位长度电荷），其值等于：源和漏不等电压时的沟道电荷当漏极电压大于0时，沟道电势将从源极的0V变到漏极的VD，删于沟道之间的局部电势差将从VG变到VG－VD，因此沿沟道的电荷密度表示为：V（x）为X点的沟道电势。电流可表示为：载流子为电子，所以有负号对于半导体，是半导体载流子迁移率，E为电场由于，电子迁移率用表示我们得到：对应的边界条件是两边积分：ID沿沟道方向是常数，得到：这里的L是有效沟道长度。MO

7、S管漏电流与漏源电压关系右图给出了不同VGS时的得到的ID与VDS的关系，每条抛物线的极值发生在VDS=VGS-VTH峰值电流为：当VDS较小时，有这种关系表明源漏之间可以用一个线性电阻表示，其阻值：深三极管区的线性工作当漏电压大于VGS-VTH会怎样？实际上不会遵从抛物线特性，且ID相对恒定，这时器件工作在饱和区漏电流饱和原因：其电流表达式：L’近似等于L，则ID与VD无关工作于饱和区饱和区与三极管区分界点可推导出另一种非饱和区电流表达式：饱和区电流表达式：L’计算时可用L代替：对于PMOS管，其

8、电流：三极管区：饱和区：VGS0时，IDS由S流向D，IDS随VDS变化基本呈线性关系。（3）当VDS>VGS-VTH时，沟道上的电压降（VGS-VTH）基本保持不变，由于沟道电阻Rc正比于沟道长度L，而Leff=L-L变化不大，Rc基本不变。所以，IDS=(VGS-VTH)/Rc不变，即电流IDS基本保持不变，出现饱和现象。（4）当VDS增大到一