MOS器件瞬态特性.ppt

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1、§4MOSFET的瞬态特性瞬态特性外加电压随时间变化时器件的特性频率特性外加电压变化的幅度很小（小信号特性）开关特性外加电压变化幅度较大（大信号特性）器件的电容效应决定了MOSFET的动态特性4.1、频率特性分析方法：建立小信号等效电路导出低频小信号参数，然后建立电容模型，最后考虑寄生效应基本假设：准静态近似端电压和端电压的变化是同步的，即任一时刻端电压和端电流瞬时值间的关系与该时刻的直流电流和电压之间的函数关系相同。小信号参数（1）1.栅跨导（Transconductance）定义：利用一级模型求解栅跨导线性区:饱和区：增加栅跨导的主要方法：减小Tox,提高μ,增加宽长

2、比*实际器件在线性区，gm随VGS变化，且在低VGS时gm最大*小信号参数（2）2.漏电导定义：利用一级模型求解漏电导线性区饱和区漏电导长沟道理论：考虑到CLM:3.衬底跨导：代表了衬底偏压对漏电流的控制能力衬底偏压通过体电荷影响漏电流在栅压不变时，VBS改变了表面空间电荷区中反型层电荷和体电荷之间的分配利用一级模型计算gmb小信号参数（3）低频小信号等效电路（f<1kHz）Vgs，Vbs：交流小信号值MOSFET的电容本征部分:电荷：QG,QI,QB电容：C1,C2寄生电容:C3,C4CBS,CBD本征电容:栅和沟道之间的氧化层电容C1表面空间电荷区电容C2非本征电容（

3、寄生电容）源和漏PN结电容C5、C6覆盖电容栅对源漏区的覆盖引起的电容C3、C4MOSFET的电容MOSFET电容－本征电容本征电容与本征电荷相联系，由栅氧化层电容和半导体表面空间电荷区电容串连组成的。总的栅电荷总的反型层电荷总的体电荷由于单位面积的本征电荷沿沟道方向分布不均匀，因此MOST的本征电容是分布电容。通常把这些分布电容集总，简化为MOST栅、源、漏、体任意两端之间的集总电容。本征电容－MeyerModel栅－沟道之间的分布电容被分解为三个集总电容：栅源电容栅漏电容栅体电容假设MOSFET电容是互易的；单位面积的体电荷QB沿沟道方向为常数*。电荷方程Stro

4、ngInvesion线性区：饱和区：（亚阈值区）WeakInvesion本征电容－MeyerModelMeyerModel电容的表示式线性区：饱和区：亚阈值区：VoltagedependenceofintrinsiccapacitanceasafuncationofVGSMeyerModelMeyerModel的缺点计算时电容的突变造成电荷不守恒MeyerModel：实际计算时：这使得MeyerModel不适合于模拟动态RAM和开关电容更精确的电容模型：基于电荷的电容模型MOSFET的非本征电容栅覆盖电容OverlayCapacitance有效沟道长度Leff有效沟道宽度

5、WeffMOSFET的非本征电容MOSFET的栅覆盖电容栅源覆盖电容C3定义CGSO单位栅宽的覆盖电容:C3=CGSO×W栅源覆盖电容C4定义CGDO单位栅宽的覆盖电容:C4=CGDO×W栅体覆盖电容C5定义CGBO单位栅长的覆盖电容:C5=CGBO×dovl如何减小覆盖电容？采用自对准工艺Gate-bulkOverlayCapacitancexdxdLdPolysilicongateTopviewGate-bulkoverlapSourcen+Drainn+Wtoxn+n+CrosssectionLGateoxideVoltagedependenceofCGS,CGD,

6、CGBasafuncationofVGSMOSFET的非本征电容源漏PN结电容由两部分构成底板电容CJ侧壁电容CJSWBottomSidewallSidewallChannelSourceNDChannel-stopimplantNA1SubstrateNAWxjLS同时包括本征电容和非本征电容的MOSFET等效电路（MeyerModel）高频小信号等效电路频率限制因素与截止频率频率限制因素载流子沟道输运时间（渡跃时间）对电容的充放电时间载流子沟道输运时间由上述公式计算得到的渡跃时间所对应的频率远大于实际MOSFET的最大频率，因而实际MOSFET的频率限制因素与渡跃时间

7、关系不大，而主要取决于对电容的充放电时间。截止频率（1）截止频率fT定义：器件电流增益为1时的频率求解方法：应用等效电路截止频率（2）由上述两式消去Vd,得到负载电流为电流增益为截止频率饱和区本征截止频率*截止频率（2）提高截止频率的方法减小沟道长度提高载流子迁移率在结构和工艺上尽量减小寄生电容（电阻）特别是栅的覆盖电容MOSFET的开关特性开关特性研究MOSFET工作在数字电路的性能，着重讨论开关速度（延迟时间）数字电路的开关速度取决于两种延迟机构：本征延迟（传输延迟）：来源于电荷沿沟道输运所需要的时间非本征延迟（负载延迟）