ch2 MOS器件物理基础.ppt

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1、第二章MOS器件物理基础重邮光电工程学院1MOSFET的结构重邮光电工程学院2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）重邮光电工程学院3MOS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！寄生二极管重邮光电工程学院4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！*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、:重邮光电工程学院5例：判断制造下列电路的衬底类型重邮光电工程学院6NMOS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)反型层的形成重邮光电工程学院7NMOS管VGS>VT、VDS=0时的示意图重邮光电工程学院8NMOS管VGS>VT、0

3、x=0=0,V(x)

4、x=L=VDS重邮光电工程学院10Qd：沟道电荷密度Cox：单位面积栅电容沟道单位长度电荷(C/m)W

5、Cox：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)

6、x=0=0,V(x)

7、x=L=VDS重邮光电工程学院11I/V特性的推导（2）对于半导体：且重邮光电工程学院12三极管区的MOSFET（0

8、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。重邮光电工程学院15NMOS管VGS>VT、VDS>VGS-VT时的示意图电子耗尽区重邮光电工程学院16NMOS管的电流公式截至区，VgsVTHVDSVTHVDS>Vgs-VTH重邮光电工程学院17MOSFET的I/V特性TriodeRegionVDS>VGS-VT沟道电阻随VDS增加而增加导致曲线弯曲曲线开始斜率正比于VGS-VTVDS

9、const！重邮光电工程学院18MOSFET的跨导gm重邮光电工程学院19MOS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Vs重邮光电工程学院20MOS模拟开关MOS管为什么可用作模拟开关？MOS管D、S可互换，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≈0重邮光电工程学院21NMOS模拟开关传送高电平的阈值损失特性假定“1”电平为3V，“0”电平为0V，VTN＝0

12、.5V，试确定C1、C2的终值电压。重邮光电工程学院22PMOS模拟开关传送低电平的阈值损失特性假定“1”电平为3V，“0”电平为0V，VTP＝-0.5V，试确定C1、C2的终值电压。重邮光电工程学院23MOS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重邮光电工程学院24MOS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，＝0重邮光电工程学院25MOS管体效应的Pspice仿真结果Vb=0.5vVb=0vVb=-0.

13、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重邮光电工程学院26衬底跨导gmb重邮光电工程学院27MOSFET的沟道调制效应重邮光电工程学院28MOSFET的沟道调制效应LL’重邮光电工程学院29MOS管沟道调制效应的Pspice仿真结果VGS-VT=0.15V,W=100µ∂ID/∂VDS∝λ/L∝1/L2Ｌ=2µＬ=6µＬ=4µ重邮光电工程学院30MOS管跨导gm不同表示法比较跨导gm123上式中:重邮光电工程学院31亚阈值导电特性(ζ>1,是一个非理想因子)重邮光电工程学院32MO

14、S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。重邮光电工程学院33MOS低频小信号模型