模拟CMOS集成电路设计-第2章-MOS器件物理基础知识分享.ppt

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1、模拟CMOS集成电路设计-第2章-MOS器件物理基础衬底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）2MOS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3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:4例：判断制造下列电路的衬底类型5NMOS器件的阈值电压VTH(a)栅压控制的MOSFET(b)耗尽区

2、的形成(c)反型的开始(d)反型层的形成6以NMOS为例：D和S接地①VG<0，空穴在硅表面积积累②0VTH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7这里是多晶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εsi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8NMOS管VGS

3、>VT、VDS=0时的示意图9NMOS管VGS>VT、0

4、x=0=0,V(x)

5、x=L=VDS11Qd：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)

6、x=0=0,V(x)

7、x=L=VDS12I/V特性的推导（2）对于半导体：且13三极管区的MOSFET（0

8、效为一个压控电阻14I/V特性的推导（3）三极管区(线性区)每条曲线在VDS＝VGS－VTH时取最大值，且大小为：VDS＝VGS－VTH时沟道刚好被夹断15饱和区的MOSFET（VDS≥VGS－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。16NMOS管VGS>VT、VDS>VGS-VT时的示意图电子耗尽区17NMOS管的电流公式截至区，VgsVTHVDSVTHVDS>Vgs-VTH18MOSFET的I/V特性TriodeRegionVDS>VGS-VT沟道电阻随VDS增加而增加

9、导致曲线弯曲曲线开始斜率正比于VGS-VTVDS1V+VTH我们有20MOSFET的跨导gm21例2.2：如图2.19，画出跨导与的函数曲线当从无穷大减小到零时来研究的变化，会使这个问题变的简单。只要，晶体管就工作在饱和区，和就保持相对恒定，这可从式得到。

10、当它工作在线性区时，此时有=因此，如图2.19曲线所示，一旦器件进入线性区，跨导将下降。因此，在放大应用时，我们通常使MOSFET工作在饱和区22MOS管饱和的判断条件NMOS饱和条件：Vgs>VTN；Vds≥Vgs-VTHNPMOS饱和条件:Vgs

11、5V，试确定C1、C2的终值电压。25PMOS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。26MOS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27MOS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，＝0一般，体效应使设计复杂化28MOS管体效应的Pspice仿真结果Vb=0.5vVb=0