【正文】 ，當(dāng)漏極電壓分別為 V及 10 V時(shí)，電流變化趨勢(shì)無(wú)明顯差別。② 襯底電阻率高于 10 ?cm時(shí)， BUDS與襯底摻雜濃度無(wú)關(guān)，而 是決定于 漏 源結(jié)深 、 柵氧化層厚度 及 UGS 。 穿通電壓 當(dāng) MOS管的溝道很短時(shí)，漏 源 穿通電壓 才可能起主要作用。是 SPICE模型中最基本的模型，也是 電路分析模擬、開(kāi)關(guān)特性的研究中最基本模型。 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)平帶狀態(tài)（ 2）在線性區(qū) 溝道已經(jīng)形成， CGC = CGS + CGD 在 UDS = 0時(shí)， UGD = UGS， （ 3）在飽和區(qū) 溝道中載流子電荷不隨漏極電壓改變而改變， CGD等于零， 臨界飽和時(shí)，溝道開(kāi)始夾斷， UDS = UGS ? UT ， 交流 小信號(hào)參數(shù) 和 頻率特性 小信號(hào) (Small signal)特性 —— 在 一定工作點(diǎn)上 ， 輸出端電流IDS的微小變化與輸入端電壓 UGS的微小變化之間有定量關(guān)系，是一種 線性變化 關(guān)系； 小信號(hào)參數(shù) —— 不隨信號(hào)電流和信號(hào)電壓變化的常數(shù)；假定：在任意給定時(shí)刻， 端電流瞬時(shí)值 與 端電壓瞬 時(shí)值間的函數(shù)關(guān)系與直流電流、電壓間的函數(shù)關(guān)系相同。 輸出電流 / 源襯電壓2．漏 源 輸出電導(dǎo) gd （ 1）線性工作區(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成線性關(guān)系。 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。 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。 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。 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。 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 ；線性工作區(qū)，對(duì)于 UGS較大的情況下曲線匯聚在一起 ； 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。 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。 10?m溝道長(zhǎng)度已是短溝道器件，但是如果 ? = 1?m3 197。當(dāng)電場(chǎng)達(dá)到約 3?104 V/cm時(shí)， 電子速度 趨于飽和。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。 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。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。因此，大量空穴進(jìn)入襯底，形成襯底電流。 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。 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。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。 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。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。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。 MOS管頻率特性 寬帶簡(jiǎn)化電路模型 輸源電容 柵漏電容 輸出電容 Cin是柵 漏電容 CGD與柵 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。 ① 溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng) 當(dāng) UDS ? UDsat時(shí)， 溝道有效長(zhǎng)度縮短 當(dāng)（ UGS ? UT） 增大時(shí)， gm也增大。 提高 gml 和 gms 的方法： 增大管子的溝道寬長(zhǎng)比 W/L， 減薄氧化層厚度等，提高載流子遷移率，適當(dāng)增大柵極工作電壓 UGS 增益因子（ 3）襯底跨導(dǎo) gmb源與襯間加上反偏 UBS ， 會(huì)影響流過(guò)溝道的漏 源電流， 將 UDS換成 UDsat， 即飽和區(qū)襯底跨導(dǎo)； UDS愈高和 |UBS | 愈低時(shí)， gmb數(shù)值愈大。覆蓋電容：柵區(qū)和源、漏區(qū)相應(yīng)覆蓋區(qū)域之間的電容交流瞬態(tài) 模型參數(shù) （ 1）寄生電流參數(shù) 溝道電流 IDS已確定，兩個(gè) 寄生 PN結(jié)二極管 電流 UBS、 UBD為 襯 源 和 襯 漏 寄生 PN結(jié)二極管的電壓 （ 2） 寄生勢(shì)壘 電容 AS和 AD分別為源和漏結(jié)的 底面積 ， CJ為源或漏對(duì)襯底結(jié)單位面積的 零偏置電容 ， PS和 PD分別為源結(jié)和漏結(jié)的周長(zhǎng)， CJSW為源或漏 側(cè)面單位周長(zhǎng)的零偏置電容 ， mJ為源或漏底面積結(jié)的 梯度系數(shù) ， mJSW為源或漏側(cè)面結(jié)的 梯度系數(shù)， UBJ為 襯底結(jié)的自建勢(shì) 。 實(shí)際柵 源之間的擊穿電壓，比計(jì)算的值低。 發(fā)射結(jié) 集電結(jié)主要特征：呈現(xiàn) 負(fù)阻特性 導(dǎo)通狀態(tài)下 UGS愈高，則漏 源擊穿電壓 BUDS愈低 。 擊穿原因 : BUDS 漏 源擊穿電壓漏 源擊穿機(jī)理 （ 1） 柵調(diào)制擊穿 —— 主要發(fā)生在長(zhǎng)溝道管 MOS管中，有以下 幾個(gè)特點(diǎn) 對(duì)實(shí)際器件測(cè)量，發(fā)現(xiàn)有以下特點(diǎn)：① 源 漏 PN結(jié)的結(jié)深為 ?m的管，一般 BUDS = 25～ 40 V， 低于不帶柵電極的孤立漏 PN結(jié)的雪崩擊穿電壓。 當(dāng)柵壓 UGS稍微低于 閾值電壓 UT時(shí)，溝道處于 弱反型 狀態(tài)，流過(guò)漏極的電流并不等于零，這時(shí)的工作狀態(tài)處于亞閾值區(qū)，流過(guò)溝道的電流稱為亞閾值電流。為了獲得良好的特性，采用這種方式注入時(shí)，應(yīng)適當(dāng)?shù)販p小注入深度 dS 。 表面態(tài)電荷密度 1要制得 N溝增強(qiáng)型的器件，可以用適當(dāng)提高襯底雜質(zhì)濃度的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn) (曲線向右部分 )； UT 0UT 04． 襯底雜質(zhì)濃度 的影響 UBS = 0 襯底