集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)ch-wenkub
2023-01-22 01:55:00 本頁(yè)面
【正文】 為漏到源電壓。 圖 MOSFET的三個(gè)基本幾何參數(shù) ? 柵長(zhǎng) : L ? 柵寬 : W ? 氧化層厚度 : tox t oxSDn(p)p o l y S i d i f f u s i o n p+/n+p+/n+WG LMOSFET的三個(gè)基本幾何參數(shù) ? Lmin、 Wmin和 tox 由工藝確定 ? Lmin： MOS工藝的特征尺寸 (feature size) 決定 MOSFET的速度 和功耗等眾多特性 ? L和 W由設(shè)計(jì)者選定 ? 通常選取 L= Lmin， 由此， 設(shè)計(jì)者 只需選取 W ? W影響 MOSFET的速度， 決定電路驅(qū)動(dòng)能力和 功耗 MOSFET的伏安特性 :電容結(jié)構(gòu) ? 當(dāng)柵極不加電壓或加負(fù)電壓時(shí) ， 柵極下面的區(qū)域保持 P型導(dǎo)電類型 ， 漏和源之間等效于一對(duì)背靠背的二極管 ，當(dāng)漏源電極之間加上電壓時(shí) ， 除了 PN結(jié)的漏電流之外 ，不會(huì)有更多電流形成 。集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 莫冰 華僑大學(xué)電子工程系 廈門市專用集成電路系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 第五章 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的特性 MOS場(chǎng)效應(yīng)管 MOS管的閾值電壓 體效應(yīng) MOSFET的溫度特性 MOSFET的噪聲 MOSFET尺寸按比例縮小 MOS器件的二階效應(yīng) MOS場(chǎng)效應(yīng)管 MOS管伏安特性的推導(dǎo) 兩個(gè) PN結(jié) ： 1） N型漏極與 P型襯底； 2） N型源極與 P型襯底 。 ? 當(dāng)柵極上的正電壓不斷升高時(shí) ， P型區(qū)內(nèi)的空穴被不斷地排斥到襯底方向 。 ?為 載流子遷移率： ? 181。 = , ?0 = Vge是柵級(jí)對(duì)襯底的有效控制電壓 其值為柵級(jí)到襯底表面的電壓減 VT 當(dāng) VgsVT=Vds時(shí) ， 滿足 : Ids達(dá)到最大值 Idsmax， 其值為 VgsVT=Vds， 意味著近漏端的柵極有效控制電壓 Vge=VgsVTVds=VgsVdsVT = VgdVT =0 感應(yīng)電荷為 0， 溝道夾斷 ， 電流不會(huì)再增大 ， 因而 ， 這個(gè) Idsmax 就是飽和電流 。 ? MOS電容還與外加電壓有關(guān) 。 耗盡區(qū)中沒有可以自由活動(dòng)的載流子，只有空穴被趕走后剩下的固定的負(fù)電荷。 111 ????????? ?? Siox CCCMOS電容 — 束縛電荷層厚度 耗盡層電容的計(jì)算方法同 PN結(jié)的耗盡層電容的計(jì)算方法相同 : 利用泊松公式 式中 NA是 P型襯底中的 摻雜濃度 ， 將上式積分 得耗盡區(qū)上的電位差 ? ： 從而得出束縛電荷層厚度 ? ?ASiSiqN???? ???? 1 12239。 ? 一旦 Si表面能級(jí)下降到 P型襯底的費(fèi)米能級(jí) ， Si表面的半導(dǎo)體呈中性 。 不過 ， 它只是一種弱反型層 。 它不僅抵消了空穴 ， 成為本征半導(dǎo)體 ， 而且在形成的反型層中 ， 電子濃度已達(dá)到原先的空穴濃度這樣的反型層就是強(qiáng)反型層 。 oxSioxSiCCCCC???MOS電容 — 耗盡層電容特性 (續(xù) ) MOS電容 — 凹谷特性 5） 當(dāng) Vgs繼續(xù)增大 ， 反型層中電子的濃度增加 ， 來自柵極正電荷的電力線 ， 部分落在這些電子上 ， 落在耗盡層束縛電子上的電力線數(shù)目就有所減少 。這時(shí) ， 反型層中的電子將成為一種鏡面反射 ， 感應(yīng)全部負(fù)電荷 ， 于是 ， C = Cox 。 MOS電容 — 測(cè)量 若測(cè)量電容的方法是逐點(diǎn)測(cè)量法 — 一種慢進(jìn)程 ， 那么將測(cè)量到這種凹谷曲線 。 MOS電容 的計(jì)算 MOS電容 C僅僅是柵極對(duì)襯底的電容，不是外電路中可以觀察的電容 Cg， Cs 和 Cd。 又 ， 柵極與漏極擴(kuò)散 區(qū) ， 柵極與源極擴(kuò)散區(qū)都存 在著某些交迭 ， 故客觀上存 在著 Cgs和 Cgd。 Cg = Cgs + Cox Cd = Cdb 2） 若 VgsVT， 溝道建立 ， MOS管導(dǎo)通 。 那么 ， Cg = Cgs + 2/3 C， Cd = Cdb + 0 ? 在飽和狀態(tài)下 ， 溝道長(zhǎng)度受到 Vds的調(diào)制 ， L變小 ? ? 2ds 21 TgsoxVVLWtI ???????? ??? ? 2ds 21 TgsoxVVLL WtI ????????????MOS電容的計(jì)算 (續(xù) ) 當(dāng) Vds增加時(shí) ， L?增大 ， Ids增加 ， 那是因?yàn)檩d流子速度增加了 ， 它與 C的分配無關(guān) 。 當(dāng)Vgs“ 負(fù) ” 到一定程度時(shí)截止 。 它由兩個(gè)分量組成 , 即 : VT= Us+ Vox ?Us : Si表面電位 。 要想把 P型變?yōu)?N型 ， 外加電壓必須補(bǔ)償這兩個(gè)費(fèi)米能級(jí)之差 。 通常 ， 襯底是接地的 ， 但源極未必接地 ,源極不接地時(shí)對(duì) VT值的影響稱為體效應(yīng)(Body Effect)。 ? 由于 所以， T? ? gm? 閾值電壓 VT的絕對(duì)值同樣是隨溫度的升高而減?。? T? ? ?VT?? ??VT(T)?? (2 ? 4) mV/176。 因?yàn)? ??1，所以閃爍噪聲被稱之為 1/f 噪聲 。 MOSFET的噪聲 (續(xù) ) MOSFET尺寸按比例縮小 (Scalingdown) MOSFET尺寸縮小對(duì)器件性能的影響 ? MOSFET特性： ? 非飽和區(qū) ? ? 飽和區(qū) ? ? ?????? ??? 2dsdsTgsoxds 21 VVVVLWtI??? ? 2Tgsoxds 2 VVLWtI ?? ??結(jié)論 1： L ? ? Ids ? tox? ? Id
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