集成電路設(shè)計基礎(chǔ)ch-文庫吧在線文庫
【正文】 隨柵壓正向和負(fù)向增加而形成或消失的機理，存在著兩種類型的 MOS器件： ?耗盡型 (Depletion)：溝道在 Vgs=0時已經(jīng)存在 。 ? 在半導(dǎo)體理論中 ， P型半導(dǎo)體的費米能級是靠近滿帶的 ，而 N型半導(dǎo)體的費米能級則是靠近導(dǎo)帶的 。 載流子的遷移率隨溫度變化的基本特征是： T? ? 181。 這一特征在考慮振蕩器電路方案時必須要給予重視 。 ?Ids： Ids(Vgs) ?R： Ids(Vds)， Rmetal， RpolySi， Rdiff ?C： Cgs， Cgd， Cds， Cgb， Csb， Cdb， Cmm， Cmb ?Cg = Cgs+Cgd+ Cgb , 關(guān)鍵電容值 ?? ?????? ??????oxgdgsg tLWCCCL ?? MOSFET的動態(tài)特性，亦即速度，取決于 RC網(wǎng)絡(luò)的充放電的快慢，進(jìn)而取決于 ?電流源 Ids的驅(qū)動能力，跨導(dǎo)的大小， ?RC時間常數(shù)的大小， ?充放電的電壓范圍，即電源電壓的高低。 下面具體討論二階效應(yīng)在各方面的表現(xiàn) 。 因為 MOS管的開啟電壓為 ， 對于 IC中的 MOS管 ， SiO2層很薄 ， Cox較大 ， VT較小 。 結(jié)論 : 所以 ， 在實際情況中 ， 需要一個很厚的氧化區(qū)和一個注入?yún)^(qū) ，給工藝制造帶來了新的問題 。 L和 W的變化 (續(xù) ) 另一方面 ， 那個注入?yún)^(qū)也有影響 。 ?Cgs = W?LdiffCox ?Cgd = W?LdiffCox 式中 Cox是單位面積電容 。 Ldrawn是圖上繪制的柵極長度。 然而 ，在氧化過程中 ， 氧氣會從斑區(qū)的邊沿處滲入 ， 造成了氧化區(qū)具有鳥嘴形 （ bird beak） 。 這樣 ， 在氧化區(qū)下面襯底的 Na值 較大 ， 也提高了寄生 MOS 管的開啟電壓 。 圖 L和 W的變化 (續(xù) ) 通常 ， 在 IC中各晶體管之間是由場氧化區(qū) （ field oxide） 來隔離的 。 MOS器件的二階效應(yīng) 隨著 MOS工藝向著亞微米 、 深亞微米的方向發(fā)展 ，采用簡化的 、 只考慮一階效應(yīng)的 MOS器件模型來進(jìn)行電路模擬 ， 已經(jīng)不能滿足精度要求 。 降低電源電壓的關(guān)鍵： 降低開啟電壓 VT MOSFET尺寸縮小對器件性能的影響 圖 柵長、閾值電壓、與電源電壓 L(?m) 10 2 VT(V) 79 4 1 VDD(V) 20 12 5 VT的功能與降低 VT的措施 VT的功能： 1) 在柵極下面的 Si區(qū)域中形成反型層； 2) 克服 SiO2介質(zhì)上的壓降 。 閃爍噪聲的等效電壓值可表達(dá)為 K2是一個系數(shù)，典型值為 3?1024V2F/Hz。 實際上 ， 在許多場合 ， 源極與襯底并不連接在一起 。 VT的組成 ? 概念上講 , VT就是將柵極下面的 Si表面從 P型Si變?yōu)?N型 Si所必要的電壓 。 MOS電容的計算 MOS電容的計算 ? 若處于 非飽和狀態(tài) ，則按 1/3與 2/3分配，即 Cg = Cgs + 2/3C Cd = Cdb +1/3C 那是因為在非飽和狀態(tài)下，與柵極電荷成比例的溝道電流為 由 Vgs和 Vds的系數(shù)可知柵極電壓 Vgs對柵極電荷的影響力，與漏極電壓 Vds對柵極電荷的影響力為 2:1的關(guān)系，故貢獻(xiàn)將分別為 2/3與 1/3 ? ? dsdsTgsoxds VVVVLWtI ?????? ?????????21??MOS電容的計算 (續(xù) ) ? 若處于 飽和 狀態(tài) ， 則 表明溝道電荷已與 Vds無關(guān) ， 溝道已夾斷 。 另外 ， 源極耗盡區(qū) 、 漏極 耗盡區(qū)都滲進(jìn)到柵極下面的 區(qū)域 。 若該 MOS電容是一個孤立的電容 ， 這些電子只能依靠共價鍵的分解來提供 ， 它是一個慢過程 。 最小的 CSi是由最大的耗盡層厚度 Xpmax計算出來的 。 這時 ， Si表面的電子濃度超過了空穴的濃度 ， 半導(dǎo)體呈 N型 ， 這就是反型層 。 ?以 SiO2為介質(zhì)的電容器 —— Cox ?以耗盡層為介質(zhì)的電容器 —— CSi 總電容 C為 : 比原來的 Cox要小些。 最后 ， 是一個襯底電極 ， 它同襯底之間必須是歐姆接觸 。 非飽和時，在漏源電壓 Vds作用下，這些電荷 Q將在 ?時間內(nèi)通過溝道，因此有 dsds VLELL 2???? ???MOS的伏安特性 ??電荷在溝道中的渡越時間 ?為載流子速度， Eds= Vds/L為漏到源方向電場強度，Vds為漏到源電壓。集成電路設(shè)計基礎(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)重點實驗室 第五章 MOS 場效應(yīng)管的特性 MOS場效應(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場效應(yīng)管 MOS管伏安特性的推導(dǎo) 兩個 PN結(jié) ： 1） N型漏極與 P型襯底； 2） N型源極與 P型襯底 。 ?為 載流子遷移率： ? 181。 ? MOS電容還與外加電壓有關(guān) 。 111 ????????? ?? Siox CCCMOS電容 — 束縛電荷層厚度 耗盡層電容的計算方法同 PN結(jié)的耗盡層電容的計算方法相同 : 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
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