《模拟CMOS集成电路设计 第2章 MOS器件物理基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟CMOS集成电路设计 第2章 MOS器件物理基础（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、MOS器件物理基础 Ch. 2 # 1,第二章 MOS器件物理基础,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 2,MOSFET的结构,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 3,衬底,Ldrawn：沟道总长度,Leff：沟道有效长度， Leff Ldrawn2 LD,MOSFET的结构,LD：横向扩散长度,（bulk、body）,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 4,MOS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,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 5,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V
2、DD！ *P-SUB必须接最低电位VSS！,*阱中MOSFET衬底常接源极S,MOS管所有pn结必须反偏:,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 6,例：判断制造下列电路的衬底类型,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 7,NMOS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,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 8,以NMOS为例：D和S接地, VG0，空穴在硅表面积积累, 0VGVTH 硅表面反型：自由电子吸引 到硅表面,强反型条件：栅极下硅表面反型层的载流子浓度= 衬底掺杂浓度,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 9,这里 是多晶
3、硅栅和硅衬底的函数， ，Nsub是衬底的掺杂浓度，Qdep是耗尽层的电荷，Cox是单位面积的栅极电容。由pn结的原理， ,这里si是硅的介电常数。因为Cox经常出现在器件的计算公式中，一般认为tox 50A，Cox 6.9fF/ ，Cox的值可以来估其他厚度的氧化层面积 。,=,为体效应系数， 为源体之间的电势差,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 10,NMOS管VGSVT、VDS=0时的示意图,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 11,NMOS管VGSVT、 0VDS VGS-VT时的示意图,沟道夹断条件,VdsVgs-Vth,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 12,NMOS沟道电势示意
4、图(0VDS VGS-VT ),边界条件:V(x)|x=0=0, V(x)|x=L=VDS,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 13,Qd：沟道电荷密度,Cox：单位面积栅电容,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)|x=0=0, V(x)|x=L=VDS,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 14,I/V特性的推导（2）,对于半导体：,且,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 15,三极管区的MOSFET（0 VDS VT、VDSVGS-VT时的示
5、意图,电子,耗尽区,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 19,NMOS管的电流公式,截至区，VgsVTH VDSVTH VDS Vgs - VTH,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 20,MOSFET的I/V特性,Triode Region,VDSVGS-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-VT,VDSVTN；VdsVgs-VTHN,PMOS饱和条件: Vgs1,是一个非理想因子),MOS器件物理基础 Ch. 2 # 39,MOS管亚阈值导电特性的Pspice仿真结果,VgS,logID,仿真条件：,VT0.6,W/L100/2,MOS管亚阈值电流ID一般
6、为几十几百nA, 常用于低功耗放大器、带隙基准设计。,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 40,MOS器件版图,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 41,MOS器件电容 在许多模拟电路中，器件电容也必须加以考虑以便预测其交流特性。 我们认为电容存在于MOSFET的四个端子中任意两个之间。,（1）基本的覆盖电容（线性的） （2）沟道电容（非线性的，值与 晶体管的工作区域有关。 （3）结电容，也是非线性的。,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 42,The Gate Capacitance,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 43,Gate Capacitance,Cut-off,Resistiv
7、e,Saturation,Most important regions in digital design: saturation and cut-off,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 44,Gate Capacitance,Capacitance as a function of VGS (with VDS = 0),Capacitance as a function of the degree of saturation,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 45,Measuring the Gate Cap,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 46,Diffusion Capacit
8、ance,Bottom,Side wall,Side wall,Channel,Source,N,D,Channel-stop implant,N,A,1,Substrate,N,A,W,x,j,L,S,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 47,Junction Capacitance,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 48,Linearizing the Junction Capacitance,Replace non-linear capacitance by large-signal equivalent linear capacitance which displaces equal charge over voltage swing of interest,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 49,Capacitances in 0.25 mm CMOS process,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 50,MOS电容,电容存在于MOS管的任意二极点之间,电容可分为：,栅-沟道电容：,栅-源漏交叠电容：,=,=,是单位长度电容,沟道-衬底耗尽层电容：,结电容：C5，C6,底板电容Cj0、侧壁电容Cjsw,MOS器件物理基础 Ch. 2 # 51,
