ch2_MOS器件物理基础ppt课件.ppt

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1、第二章MOS器件物理基础1MOSFET的结构2MOSFET的结构3MOSFETLayout4Terminals5ParametersDefinitions6带N阱的NMOS&PMOS所有的NMOS管共用一个P衬底所有PMOS在不同的N阱中所有二极管必须反偏7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）8MOS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9同一衬底上的NMOS和PMOS器件

2、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:10例：判断制造下列电路的衬底类型11NMOS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12NMOS管VGS>VT、VDS=0时的示意图13NMOS管VGS>VT、0

3、x=0=0,V(x)

4、x=L=VDS15Qd：沟道电荷密度Cox：单位

5、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)

6、x=0=0,V(x)

7、x=L=VDS16I/V特性的推导（2）对于半导体：且17三极管区的MOSFET（0

8、(x)接近于0，即反型层将在X≤L处终止，沟道被夹断。20NMOS管VGS>VT、VDS>VGS-VT时的示意图电子耗尽区21NMOS管的电流公式截至区，VgsVTHVDSVTHVDS>Vgs-VTH22MOSFET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-VTVDSVTN；

9、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Vs25MOS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≈026NMOS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＝0.5V，试确定C1、C2的终值电压。27PMOS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。28M

12、OS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29MOS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，＝030MOS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31衬底跨导gmb32MOSFET的沟道调制效应33MOSFET的沟道调制效应LL’34MOS管沟道调制效应的Pspice仿真结果VGS-VT=0.15V,W

13、=100µ∂ID/∂VDS∝λ/L∝1/L2Ｌ=2µＬ=6µＬ=4µ35MOS管跨导gm不同表示法比较跨导gm123上式中:36亚阈值导电特性(ζ>1,是一个非理想因子)37MOS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。38MOS低频小信号模型39例：求下列电路的低频小信号输出电阻(γ＝0)40例：求下列电路的低频小信号输出电阻(γ＝0)41例：求下列电路的低频小信号输出电阻(γ＝0)42小信号电阻总结（γ＝0

14、）对于图（A）：对于图（B）：对于图（C）：43MOS器件版图44MOS电容器的结构。45MOS器件电容46减小MOS器件电容的版图结构