《第9章MOS管》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第9章MOS管（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、VLSI CAD, CHP.01第9章MOS晶体管工作原理 n1-1 MOS晶体管的结构特点和基本原理n1-2 MOS晶体管的阈值电压分析n1-3 MOS晶体管的电流方程n1-4 MOS晶体管的瞬态特性VLSI CAD, CHP.02第一章MOS晶体管工作原理 n1-1 MOS晶体管的结构特点和基本原理n1-2 MOS晶体管的阈值电压分析n1-3 MOS晶体管的电流方程n1-4 MOS晶体管的瞬态特性n补充：1-5MOS晶体管的其它电学参数1VLSI CAD, CHP.031-1-1MOS晶体管的基本结构nMOS晶体管: 金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFETn基本结构：n栅,源区,漏区
2、,沟道区n主要结构参数：n沟道长度Ln沟道宽度Wn栅氧化层厚度toxn源漏区结深XjMOS晶体管VLSI CAD, CHP.04VLSI CAD, CHP.051-1-2 MOS管基本工作原理 n工作原理-栅压控制器件 nVgs=0，截止n0 Vgs V t 开启n 情况情况1：Vds=0 n 情况情况2： Vds0 n转移特性曲线(漏级电流，栅压，漏压，阈值电压）n输出特性曲线(I-V曲线)截止区，线性区，饱和区，击穿区n问题：为什么MOS晶体管也叫单极晶体管？ 三维能带图VLSI CAD, CHP.06VLSI CAD, CHP.071-1-3 MOS晶体管的分类 n按导电类型：nNMOS
3、管： N沟道 MOS晶体管nPMOS管： P沟道 MOS晶体管n按工作机制分：n增强型器件：（也叫常截止器件）n耗尽型器件：（也叫常导通器件）n图1-1-7VLSI CAD, CHP.08分类VLSI CAD, CHP.091-1-4 MOS晶体管的结构特点p n结构简单面积小-便于集成n输入阻抗很高-级间可以直接耦合n源漏对称-电路设计灵活n有效工作区集中在表面，和衬底隔离 VLSI CAD, CHP.010第一章MOS晶体管工作原理 n1-1 MOS晶体管的结构特点和基本原理n1-2 MOS晶体管的阈值电压分析n1-3 MOS晶体管的电流方程n1-4 MOS晶体管的瞬态特性VLSI CAD
4、, CHP.0111-2 MOS管的阈值电压分析 n阈值电压定义：使沟道区源端半导体表面达到强反型所需要的栅压。（形成表面沟道所需要的最小电压。）n阈值电压V t：决定MOS管状态的关键。nVgs V t：导通态。 VLSI CAD, CHP.0121-2-1 影响阈值电压的因素 n定义：V t= Vgs |表面强反型时表面强反型时n表达式：nV t= V FB+2F-QBm/Cox n电压降在平带电压，强反型电压，耗尽层压降 n计算：将公式1-1-3到1-2-8代入上式VLSI CAD, CHP.013VB=VLSI CAD, CHP.014影响V t的基本因素n1，材料：n金属类型MS ，
5、氧化层中的电荷QOXn半导体沟道区掺杂浓度NAn半导体材料参数 ni ; i i n2，氧化层厚度：越厚则阈值电压越大n3，温度：温度上升，阈值电压下降n4，和器件的横向尺寸无关n*调整考虑：n降低。以便降低芯片耗电。n控制器件类型n平衡对偶器管子（CMOS）VLSI CAD, CHP.0151-2-2 体效应对阈值电压的影响n体效应：源区和衬底电压Vbs不是0时，产生体效应。n例如：NMOS管Vbs=VDSATVLSI CAD, CHP.024简单方程VLSI CAD, CHP.025夹断现象VLSI CAD, CHP.0261-3-3 饱和区沟道长度调制效应n现象：图1-3-7，实际IV特
6、性饱和区电流不饱和n原因：图1-3-8n对电流方程的修正：在下式中VLSI CAD, CHP.027沟道长度调制效应VLSI CAD, CHP.028第一章MOS晶体管工作原理 n1-1 MOS晶体管的结构特点和基本原理n1-2 MOS晶体管的阈值电压分析n1-3 MOS晶体管的电流方程n1-4 MOS晶体管的瞬态特性VLSI CAD, CHP.0291-4 MOS晶体管的瞬态特性n1-4-1 MOS晶体管的本征电容n定义：由沟道区内的耗尽层电荷和反型层电荷随外电压变化引起的电容。n1-4-2 MOS晶体管的寄生电容n源漏区PN结电容：CjSB、CjDB，图1-4-6n覆盖电容： CGS、CG
7、D, 图1-4-7, CGB,图1-4-9,n1-4-3 MOS晶体管瞬态分析的等效电路*n大信号瞬态模型：图1-4-10n简化模型：图1-4-11n1-4-4 MOS晶体管的本征频率*n本征频率fM,是晶体管的最高工作频率n结论：频率和沟道长度的平方成反比：L下降，速度提高。VLSI CAD, CHP.030本征电容，源漏区结电容VLSI CAD, CHP.031覆盖电容VLSI CAD, CHP.032大信号瞬态模型，简化模型VLSI CAD, CHP.033第一章MOS晶体管工作原理 n1-1 MOS晶体管的结构特点和基本原理n1-2 MOS晶体管的阈值电压分析n1-3 MOS晶体管的电
8、流方程n1-4 MOS晶体管的瞬态特性n补充：1-5MOS晶体管的其它电学参数VLSI CAD, CHP.034补充：1-5MOS晶体管的其它电学参数1n阈值电压VTn漏极电流IDn工作速度n跨导n沟道电阻n其它VLSI CAD, CHP.035补充：1-5MOS晶体管的其它电学参数2n工作速度n切换时间：电子从源到漏的所需要的时间n公式： = L= L2 2/(*V/(*VDSDS) ) n跨导nGm = ( dIDS / dVGS )|VDS不变不变 图图1-1-5n沟道电导nGd =(dIDS / dVDS )|VGS不变不变 图图1-1-6VLSI CAD, CHP.036补充：1-5MOS晶体管的其它电学参数2n导电因子、增益因子导电因子、增益因子n导电因子导电因子K因子、本征导电因子因子、本征导电因子Kn结论：结论：导电因子由导电因子由工艺参数工艺参数 K和设计参数和设计参数 W/L决定。决定。VLSI CAD, CHP.037第一章小结nMOS晶体管的结构特点和基本原理nMOS晶体管的阈值电压和影响因素nMOS晶体管的简单电流方程和输出曲线nMOS晶体管的电学参数VLSI CAD, CHP.038第一章讨论n描述理想MOS晶体管模型n就实际晶体管的输出曲线，试述饱和区电流不饱和的原因n作业：1，由简单电流方程求出非饱和区沟道电阻和跨导。2，推导切换时间表达式。
