【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 VR??? 21MOS管的電特性－輸出特性（ I/V特性） ?飽和區(qū)： VDS≥ VGS－ Vth： ? 漏極電流并不是隨 VDS增大而無限增大的，在 VDS＞ VGS－Vth時(shí)， MOS管進(jìn)入飽和區(qū)：此時(shí)在溝道中發(fā)生了夾斷現(xiàn)象。 ? 薩氏方程兩邊對(duì) VDS求導(dǎo)，可求出當(dāng) VDS＝ VGS－ Vth時(shí)，電流有最大值，其值為： ? 這就是飽和薩氏方程。 ? ?? ? 22 21thGSNthGSoxnDVVKVVLWCI???? ?MOS管的電特性－ 輸出特性（ I/V特性） ID三 極 管 區(qū)飽 和 區(qū)VG S 3VG S 2VG S 1VD SVGS1VthVGS2VthVGS3Vth轉(zhuǎn)移特性曲線 ? 在一個(gè)固定的 VDS下的 MOS管飽和區(qū)的漏極電流與柵源電壓之間的關(guān)系稱為 MOS管的轉(zhuǎn)移特性。 VG SVt h nVG SVt h nID SID SVG SVt h nDSI0thV ?轉(zhuǎn)移特性的另一種表示方式 增強(qiáng)型 NMOS轉(zhuǎn)移特性 耗盡型 NMOS轉(zhuǎn)移特性 轉(zhuǎn)移特性曲線 ? 在實(shí)際應(yīng)用中，生產(chǎn)廠商經(jīng)常為設(shè)計(jì)者提供的參數(shù)中，經(jīng)常給出的是在零電流下的開啟電壓 ? 注意 ， Vth0為無襯偏時(shí)的開啟電壓，而 是在與 VGS特性曲線中與 VGS軸的交點(diǎn)電壓，實(shí)際上為零電流的柵電壓 ? 從物理意義上而言， 為溝道剛反型時(shí)的柵電壓，僅與溝道濃度、氧化層電荷等有關(guān)；而 Vth0與人為定義開啟后的 IDS有關(guān)。 39。 0thV039。 0 thth VV ? 39。 0thV39。 0thV轉(zhuǎn)移特性曲線 ? 從轉(zhuǎn)移特性曲線可以得到導(dǎo)電因子 KN（或KP），根據(jù)飽和薩氏方程可知： ? 即有： ? 所以 KN即為轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率。 2)( thGSNDS VVKI ??2)/( thGSDSN VVIK ??MOS管的直流導(dǎo)通電阻 ? 定義： MOS管的直流導(dǎo)通電阻是指漏源電壓與漏源電流之比。 ? 飽和區(qū)： ? 線性區(qū)： ? 深三極管區(qū)： 2)(1thGSDSNDSDSon VVVKIVR???DSthGSNDSDSon VVVKIVR???? )(211? ?thGSNDDSon VVKIVR??? 21飽和區(qū) MOS管的 跨導(dǎo) 與導(dǎo)納 ? 工作在飽和區(qū)的 MOS管可等效為一壓控電流源，故可用跨導(dǎo) gm來表示 MOS管的電壓轉(zhuǎn)變電流的能力，跨導(dǎo)越大則表示該 MOS管越靈敏，在同樣的過驅(qū)動(dòng)電壓 （ VGS－ Vth）下能引起更大的電流，根據(jù)定義，跨導(dǎo)為漏源電壓一定時(shí)，漏極電流隨柵源電壓的變化率，即： ? ? 2 2 2thGSDDNthGSNCVGSDmVVIIKVVKVIgDS????????? 飽和區(qū)跨導(dǎo)的倒數(shù)等于深三極管區(qū)的導(dǎo)通電阻 Ron 飽和區(qū) MOS管的 跨導(dǎo) 與導(dǎo)納 討論 1： ? 在 KN（ KP） 為常數(shù)（ W/L為常數(shù)）時(shí)，跨導(dǎo)與過驅(qū)動(dòng)電壓成正比，或與漏極電流 ID的平方根成正比。 ? 若漏極電流 ID恒定時(shí)，則跨導(dǎo)與過驅(qū)動(dòng)電壓成反比，而與 KN的平方根成正比。 ? 為了提高跨導(dǎo)，可以通過 增大 KN（增大寬長(zhǎng)比，增大 Cox等），也可以通過增大 ID來實(shí)現(xiàn)，但以增大寬長(zhǎng)比為最有效 。 飽和區(qū) MOS管的 跨導(dǎo) 與導(dǎo)納 討論 2： ? 雙極型三極管的跨導(dǎo)為： ，兩種跨導(dǎo)相比可得到如下結(jié)論： ? 對(duì)于雙極型，當(dāng) IC確定后， gm就與幾何形狀無關(guān)，而 MOS管除了可通過 IDS調(diào)節(jié)跨導(dǎo)外，gm還與幾何尺寸有關(guān)；雙極型三極管的跨導(dǎo)與電流成正比，而 MOS管的跨導(dǎo)與成正比，所以在同樣工作電流情況下， MOS管的跨導(dǎo)要比雙極型三極管的跨導(dǎo)小。 TCCVBECmVIdVdIgCE ?? ?飽和區(qū) MOS管的跨導(dǎo)與 導(dǎo)納 ? 對(duì)于 MOS管的交流小信號(hào)工作還引入了導(dǎo)納的概念，導(dǎo)納定義為：當(dāng)柵源電壓與襯底電壓為一常數(shù)時(shí)的漏極電流與漏源電壓之比，即可表示為： CVVDSDSd SBGSVIg ???? ,MOS管的最高工作頻率 ? 定義：當(dāng)柵源間輸入交流信號(hào)時(shí)，由源極增加（減?。┝魅氲碾娮恿鳎徊糠滞ㄟ^溝道對(duì)電容充（放）電，一部分經(jīng)過溝道流向漏極，形成漏源電流的增量，當(dāng)變化的電流全部用于對(duì)溝道電容充放電時(shí)， MOS管就失去了放大能力，因此 MOS管的最高工作頻率定義為： 對(duì)柵輸入電容的充放電電流和漏源交流電流值相等時(shí)所對(duì)應(yīng)的工作頻率 。 MOS管的最高工作頻率 ? C表示柵極輸入電容，該電容正比于 WLCox 。 ? MOS管的最高工作頻率與溝道長(zhǎng)度的平方成反比，因此， 減小 MOS管的溝道長(zhǎng)度就能很顯著地提高工作頻率 。 CgfvgCv mmgmgm ?? 2???)(2 2 thGSnm VVLf ?? ??二階效應(yīng) 二階效應(yīng)在現(xiàn)代模擬集成電路的設(shè)計(jì)中 是不能忽略的，主要的二階效應(yīng)有： ? MOS管的襯底效應(yīng) ? 溝道調(diào)制效應(yīng) ? 亞閾值導(dǎo)通 ? 溫度效應(yīng) 襯底偏置效應(yīng)（體效應(yīng)） 在前面的分析中： ? 沒有考慮襯底電位對(duì) MOS管性能的影響 ? 假設(shè)了所有器件的襯底都與器件的源端相連，即VBS＝ 0 ? 但在實(shí)際的模擬集成電路中，由于 MOS器件制作在同一襯底上，就不可能把所有的 MOS管的源極與公共襯底相接，即 VBS≠0 ? 例如：在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中 NMOS管的源極電位有時(shí)就會(huì)高于襯底電位（仍能保證源極與漏極與襯底間保持為反偏，使器件正常工作） 襯底偏置效應(yīng)（體效應(yīng)） ? 根據(jù)閾值電壓的定義及 MOS管的工作原理可知，MOS管要形成溝道必須先 中和 其耗盡層的電荷，假設(shè) VS＝ VD＞ VB，當(dāng) 0＜ VGB＜ Vth時(shí)則在柵下面產(chǎn)生了耗盡但沒產(chǎn)生反型層，保持 MOS管的三端電壓不變，而降低襯底電壓 VB，則 VGB增大，更多的空穴被排斥到襯底，而留下了更多的負(fù)電荷，從而使其耗盡區(qū)變得更寬，即當(dāng) VB下降、 Qb上升時(shí)， Vth也會(huì)增大。這種由于 VBS不為 0而引起閾值電壓的變化的效應(yīng)就稱為 “ 襯底效應(yīng) ” ，也稱為 “ 背柵效應(yīng) ” 。 襯底偏置效應(yīng)（體效應(yīng)） ? 在考慮襯底效應(yīng)時(shí)，其耗盡層的電荷密度變化為： ? 把上式代入閾值電壓的表達(dá)式，可得其閾值電壓為： ? 其中 Vth0是在無體效應(yīng)時(shí)的閾值電壓； ，稱為體效應(yīng)因子， γ的大小由襯底濃度與柵氧厚度決定，其典型值在 。 oxs u bsi CNq ?? 2?)2(2 BSfs u bsib VNqQ ??? ??????? ?????? fBSfthth VVV 220 ?襯底偏置效應(yīng)（體效應(yīng)） ? 對(duì)于 PMOS管，考慮體效應(yīng)后的閾值電壓為： ?對(duì)于襯底效應(yīng)表明其襯底勢(shì)能 Vsub不需改變：如果其源電壓相對(duì)于 Vsub發(fā)生了改變，會(huì)發(fā)生同樣的現(xiàn)象。 ?????? ?????? fBSfthth VVV 220 ?襯底偏置效應(yīng)（體效應(yīng)） ? 例： ViM1VD DI1VoV