【正文】 源電容 CGS的并聯(lián) CO是漏 源電容 CDS與襯 漏 PN結(jié)勢(shì)壘電容 CBD的并聯(lián) CGS輸入電容 1．截止頻率 fT理想情況 —— 忽略柵 漏電容 CGD以及漏極輸出電阻 rD ， Cin ≈CGS 截止頻率 ?T —— 流過(guò) CGS上的交流電流上升到正好等于電壓控制電流源（ gmUGS） 電流時(shí)（ 電壓放大倍數(shù)等于 1）的頻率 ?T = 2? fT 在飽和工作區(qū)時(shí) 與溝道長(zhǎng)度 L的平方成反比，溝道短的管 fT 會(huì)更高。管跨導(dǎo)愈大，最高工作頻率愈高；柵極 溝道電容 CGC愈小，最高工作頻率也愈高 。n ?M = 2? fM MOS管的開(kāi)關(guān)特性 (Switching feature)開(kāi)關(guān)狀態(tài) —— 管主要工作在兩個(gè)狀態(tài)， 導(dǎo)通態(tài) 和 截止態(tài) ； 兩種開(kāi)關(guān)特性 —— 本征 與 非本征開(kāi)關(guān)延遲 特性； 本征延遲 ：載流子通過(guò)溝道的傳輸所引起的大信號(hào)延遲； 非本征延遲 ：被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載電容充 放電以及管之間的 RC延遲； MOS管用來(lái)構(gòu)成數(shù)字集成電路，如 構(gòu)成 觸發(fā)器 、 存儲(chǔ)器 、 移位寄存器 等等。載流子渡越溝道長(zhǎng)度，該過(guò)程與傳輸?shù)碾娏鞯拇笮『碗姾傻亩嗌儆嘘P(guān)，與載流子漂移速度有關(guān)，漂移速度越快，本征延遲的過(guò)程越短。一般說(shuō)來(lái)，若溝道長(zhǎng)度小于 5?m， 則開(kāi)關(guān)速度主要由負(fù)載延遲決定。 電子表面遷移率 的范圍為 550～ 950 cm2/（ V 當(dāng) 柵極電壓較高 時(shí)，發(fā)現(xiàn)載流子遷移率下降，這是因?yàn)?UGS 較大時(shí)， 垂直于表面的縱向電場(chǎng) 也較大，載流子在沿溝道作漂移運(yùn)動(dòng)時(shí)與 SiSiO2界面 發(fā)生更多的碰撞，使遷移率下降。當(dāng) UDS增加，尤其是當(dāng) UDS接近于 UDsat 時(shí)，溝道下面的耗盡層厚度明顯不為常數(shù)，這時(shí)必須考慮體電荷變化的影響。溝道長(zhǎng)度縮短，溝道 橫向電場(chǎng)增大 時(shí)，溝道區(qū)載流子的遷移率變化與電場(chǎng)有關(guān)，最后使載流子速度達(dá)到飽和。顯然： 亞閾值電流與漏極電壓 UD無(wú)關(guān)， 圖中表現(xiàn)為實(shí)線(xiàn)（ UD =） 與虛線(xiàn)（ UD =） 偏離，但當(dāng)溝道長(zhǎng)度從 7 ?m變短為 ?m情況，亞閾 值電流與 UD的關(guān)系變的明顯。 襯底摻雜濃度為 1014～ 1017cm?3， 結(jié)深為 ～ ?m， 漏極電壓直到 5V， 由此可得到下述表示具有 長(zhǎng)溝道亞閾值 特性 最小溝道長(zhǎng)度 Lmin 的 經(jīng)驗(yàn)公式 ：XS +Xd 為源 漏一維突變結(jié)耗盡區(qū)厚度之和 當(dāng) UD= 0 時(shí)， Xd 與 XS 相等。 窄溝道效應(yīng) —— W 的影響 窄溝道效應(yīng) —— 當(dāng)溝道寬度 W小到可以和溝道耗盡層厚度比擬時(shí)，會(huì)出現(xiàn)隨著 W的減小使UT 增加的現(xiàn)象；實(shí)際上，對(duì)于溝道耗盡層厚度為 ?m的 MOS管，當(dāng) W為 5?m時(shí)，已開(kāi)始有窄溝道效應(yīng)發(fā)生 場(chǎng)氧化層的厚度 柵氧化層厚度 場(chǎng)氧化層下面耗盡層的厚度 柵下面溝道耗盡層的厚度 當(dāng) W減小時(shí)，柵下面溝道耗盡區(qū)的電荷減小，但實(shí)際的耗盡層邊界延伸進(jìn)入厚氧化層下面的區(qū)域，故厚氧化層下面的額外電荷必須包括在 UT 的作用之中，計(jì)算中必須考慮 當(dāng)襯底材料是均勻摻雜時(shí)，設(shè)想有三種包括額外電荷的形狀：三角形、四分之一圓以及正方形。 同時(shí)，具有較高動(dòng)能的熱電子，還可通過(guò)碰撞電離產(chǎn)生電子空穴對(duì)，使電子和空穴的數(shù)目倍增。熱電子注入氧化層的條件是其動(dòng)能高于 SiSiO2的勢(shì)壘高度。因此，大量空穴進(jìn)入襯底，形成襯底電流。在 較高溫度 下，反型層中的電子與空穴的遷移率 在 ?55～ +150℃ 的 較低溫度范圍 內(nèi) 器件 β因子則具有負(fù)溫度系數(shù)。當(dāng) UGS ?UT 較大時(shí)，第二項(xiàng)作用減弱，漏電流溫度特性主要受遷移率支配，即漏電流溫度系數(shù)為負(fù)，當(dāng) UGS ?UT 較小時(shí)，第二項(xiàng)起作用，對(duì)于 N溝 MOS，dUT /dT ? 0， 漏電流溫度系數(shù)為正。 飽和區(qū)溫度特性 飽和區(qū)跨導(dǎo) gms等于線(xiàn)性區(qū)漏導(dǎo)，故其溫度系數(shù) 漏極 電導(dǎo)與 飽和電流 二者的溫度系數(shù)均受 遷移率 和 閾值電壓 溫度特性的影響，因而也都存在著 零溫度系數(shù) 工作點(diǎn)。 零溫度系數(shù)的工作條件 （ 2） 跨導(dǎo) 的溫度特性 gm= ? UDS 溫度系數(shù) 在非飽和區(qū)，跨導(dǎo)隨溫度的變化僅與遷移率的溫度特性有關(guān)，因而跨導(dǎo)的溫度系數(shù)為負(fù)值。 實(shí)驗(yàn)表明：在 ?55～ +125℃ 范圍內(nèi)， N溝及 P溝 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓都隨溫度呈線(xiàn)性變化。當(dāng) 基極電位升高到高于源極 （發(fā)射極）約 ，寄生 NPN管會(huì)導(dǎo)通，這樣就進(jìn)一步增加熱電子電流，這是一種 正反饋過(guò)程 ，會(huì)使MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏 源電流急劇上升，而迅速達(dá)到擊穿狀態(tài)，即降低擊穿電壓，甚至在 5V下也不能正常工作。這些界面態(tài)會(huì)進(jìn)一步吸引表面電子，同時(shí)消耗表面可動(dòng)載流子，使電子的 表面遷移率 下降，造成 閾值電壓的漂移 以及 跨導(dǎo)的下降 。當(dāng)電場(chǎng)達(dá)到約 3?104 V/cm時(shí)， 電子速度 趨于飽和。 在實(shí)際的 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，場(chǎng)氧化層下面的摻雜濃度要高于溝道區(qū)的摻雜濃度，使 UT 顯著增大。 10?m溝道長(zhǎng)度已是短溝道器件，但是如果 ? = 1?m3 197。 當(dāng) L =?m時(shí)，長(zhǎng)溝道特性幾乎全部消失，器件甚 至不能 “截止 ”了，由圖可以得出，溝道縮小時(shí)， UT 顯著減小。 標(biāo)準(zhǔn) N溝 MOS制作工藝：襯底為（ 100）晶面的 P型硅片，柵氧化層取一定的厚度，用 X射線(xiàn)光刻 的方法得到長(zhǎng)度從 1～ 10 ?m的多晶硅柵，它們的寬度均為 70 ?m， 漏和源區(qū)由砷離子注入及隨后的退火工藝形成。 通常在電流小于最大值的 20%時(shí)，兩種模型的結(jié)果基本相符 襯底摻雜濃度降低后，體電荷影響減弱 根據(jù)課本 241頁(yè)式子 452的推理沒(méi)有考慮體電荷的變化 短溝道效應(yīng) —— L 的影響 如果溝道長(zhǎng)度縮短，源結(jié)與漏結(jié)耗盡層的厚度可與溝道長(zhǎng)度比擬時(shí)，溝道區(qū)的電勢(shì)分布將不僅與由柵電壓及襯底偏置電壓決定的縱向電場(chǎng) EX有關(guān)，而且與由漏極電壓控制的橫向電場(chǎng) EY也有關(guān)。 然而 ,遷移率下降的結(jié)果表明： 飽和工作區(qū) ， 漏 源電流隨UGS的增加不按平方規(guī)律 ；線(xiàn)性工作區(qū)，對(duì)于 UGS較大的情況下曲線(xiàn)匯聚在一起 ； 已知：原因：遷移率隨縱向電場(chǎng)的增大而降低的規(guī)律 在線(xiàn)性工作區(qū) 非常數(shù)表面遷移率效應(yīng) 使遷移率下降，使電流 電壓特性變差。s）， 電子與空穴遷移率的比值為 2～ 4。 MOS管的二級(jí)效應(yīng) —— 理想結(jié)果的修正 二級(jí)效應(yīng) —— 非線(xiàn)性 、 非一維 、 非平衡等 因素對(duì) IV特性產(chǎn)生的影響，它們包括： 非常數(shù)表面遷移率效應(yīng) 、 體電荷效應(yīng) 、短溝道效應(yīng) 、 窄溝道效應(yīng) 等。如 L = 5?m， ?n = 60cm2/（ V MOS管瞬態(tài) 開(kāi)關(guān)過(guò)程開(kāi)關(guān)等效電路開(kāi)和關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換即在 截止區(qū) 和 可變電阻區(qū)間 來(lái)回切換，且受UGS控制非本征開(kāi)關(guān)過(guò)程 (外部狀態(tài)影響 )電阻負(fù)載倒相器 負(fù)載電阻 負(fù)載電容 電源 IDS階躍信號(hào)(方波 )（ 1）開(kāi)通過(guò)程 延遲時(shí)間 上升時(shí)間 延遲過(guò)程 —— 輸入柵壓 UGS增加，信號(hào) UG(t)向柵電容 CGS和CGD充電，隨著柵壓增加，經(jīng)過(guò)一定的延遲，柵電容 CGS上的柵壓達(dá)到閾值電壓 UT 時(shí)，輸出電流開(kāi)始出現(xiàn)；上升過(guò)程 —— UGS超過(guò) UT 時(shí)，進(jìn)入線(xiàn)性工作區(qū)， UG(t)使反型溝道厚度增厚，電流開(kāi)始迅速增大；在上升時(shí)間 tr結(jié)束時(shí)，電流達(dá)到最大值，柵壓達(dá)到 UGS2 ；延遲 UT理想開(kāi)波形 UGS2為什么輸入 方波，而實(shí)際如此變化？（ 2）關(guān)斷過(guò)程 儲(chǔ)存時(shí)間 下降時(shí)間 儲(chǔ)存過(guò)程 —— 去掉柵壓，柵電容 CGS放電，柵壓 UGS下降，當(dāng)UGS下降到上升時(shí)間結(jié)束時(shí)的柵壓 UGS2時(shí)，電流才開(kāi)始下降；也是管退出飽和的時(shí)間；下降過(guò)程 —— 儲(chǔ)存時(shí)間結(jié)束后， UGS繼續(xù)放電，柵壓 UGS從UGS2進(jìn)一步下降，反型溝道厚度變薄，電流快速下降，當(dāng) UGS小于 UT 后，管截止，關(guān)斷過(guò)程結(jié)束；延遲 理想關(guān)波形 UTUGS2非本征開(kāi)關(guān)時(shí)間 柵峰值電壓 輸入電容 電流脈沖發(fā)生器的內(nèi)阻 開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間近似相等 ton= toff 非本征開(kāi)關(guān)時(shí)間受負(fù)載電阻 RL、 負(fù)載電容 CL、 柵峰值電壓 UGG以及電容和電阻的影響，減小柵電容及電阻值是很重要的。 提高 fM ， 從結(jié)構(gòu)方面應(yīng)當(dāng)使溝道長(zhǎng)度縮短到最低限度，也必須盡可能增大電子在溝道表面的有效遷移率 ?n。 2． 最高工作頻率 fMfM —— 功率增益等于 1時(shí)的頻率； 柵 溝道電容 CGC 當(dāng)柵 源之間輸入交流信號(hào)之后，從柵極增加流進(jìn)溝道的載流子分成兩部分，其中一部分對(duì)柵 溝道電容 CGC充電，另一部分徑直通過(guò)溝道流進(jìn)漏極，形成漏 源輸出電流。 如果 RS gm 很大， 深反饋情況，跨導(dǎo)與器件參數(shù)無(wú)關(guān)。 ② 漏極對(duì)溝道的靜電反饋?zhàn)饔? 當(dāng) UDS增大時(shí)，漏端 N+ 區(qū)內(nèi)束縛的正電荷增加，漏端耗盡區(qū)中的電場(chǎng)強(qiáng)度增大。 飽和工作區(qū)的 gds應(yīng)為零 ，即輸出電阻為無(wú)窮大。 輸出電流 / 源襯電壓2．漏 源 輸出電導(dǎo) gd （ 1）線(xiàn)性工作區(qū) 當(dāng) UDS較小時(shí)， 飽和工作區(qū)的跨導(dǎo) 在 UGS不太大時(shí)， gdl與 UGS成線(xiàn)性關(guān)系。負(fù)載電阻 RL 輸出電阻輸出電壓 / 輸入電壓（ 1）線(xiàn)性區(qū)跨導(dǎo) gml 在線(xiàn)性工作區(qū)，當(dāng) UDS ? UDsat時(shí)， gml = ? UDS 測(cè)量結(jié)果表明，當(dāng) UGS增大時(shí) gml下降。 極間電容隨工作條件發(fā)生的變化 （ 1） 在截止區(qū) 溝道尚未形成，柵 溝道電容 CGC等于柵對(duì)襯底的電容 CGB UGS的增加，表面開(kāi)始反型， CGB隨著 UGS的增大而減小 ≤ 多子表面堆積狀態(tài)平