【文章內容簡介】 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， MOS管進入飽和區(qū)：此時在溝道中發(fā)生了夾斷現象。 ? 薩氏方程兩邊對 VDS求導，可求出當 VDS＝ VGS－ Vth時，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轉移特性曲線 ? 在一個固定的 VDS下的 MOS管飽和區(qū)的漏極電流與柵源電壓之間的關系稱為 MOS管的轉移特性。 VG SVt h nVG SVt h nID SID SVG SVt h nDSI0thV ?轉移特性的另一種表示方式 增強型 NMOS轉移特性 耗盡型 NMOS轉移特性 轉移特性曲線 ? 在實際應用中，生產廠商經常為設計者提供的參數中，經常給出的是在零電流下的開啟電壓 ? 注意 ， Vth0為無襯偏時的開啟電壓，而 是在與 VGS特性曲線中與 VGS軸的交點電壓，實際上為零電流的柵電壓 ? 從物理意義上而言， 為溝道剛反型時的柵電壓，僅與溝道濃度、氧化層電荷等有關；而 Vth0與人為定義開啟后的 IDS有關。 39。 0thV039。 0 thth VV ? 39。 0thV39。 0thV轉移特性曲線 ? 從轉移特性曲線可以得到導電因子 KN（或KP），根據飽和薩氏方程可知： ? 即有： ? 所以 KN即為轉移特性曲線的斜率。 2)( thGSNDS VVKI ??2)/( thGSDSN VVIK ??MOS管的直流導通電阻 ? 定義： MOS管的直流導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 與導納 ? 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 gm來表示 MOS管的電壓轉變電流的能力，跨導越大則表示該 MOS管越靈敏，在同樣的過驅動電壓 （ VGS－ Vth）下能引起更大的電流，根據定義，跨導為漏源電壓一定時，漏極電流隨柵源電壓的變化率，即： ? ? 2 2 2thGSDDNthGSNCVGSDmVVIIKVVKVIgDS????????? 飽和區(qū)跨導的倒數等于深三極管區(qū)的導通電阻 Ron 飽和區(qū) MOS管的 跨導 與導納 討論 1： ? 在 KN（ KP） 為常數（ W/L為常數）時，跨導與過驅動電壓成正比，或與漏極電流 ID的平方根成正比。 ? 若漏極電流 ID恒定時，則跨導與過驅動電壓成反比，而與 KN的平方根成正比。 ? 為了提高跨導，可以通過 增大 KN（增大寬長比，增大 Cox等），也可以通過增大 ID來實現，但以增大寬長比為最有效 。 飽和區(qū) MOS管的 跨導 與導納 討論 2： ? 雙極型三極管的跨導為： ，兩種跨導相比可得到如下結論： ? 對于雙極型，當 IC確定后， gm就與幾何形狀無關，而 MOS管除了可通過 IDS調節(jié)跨導外，gm還與幾何尺寸有關；雙極型三極管的跨導與電流成正比，而 MOS管的跨導與成正比，所以在同樣工作電流情況下， MOS管的跨導要比雙極型三極管的跨導小。 TCCVBECmVIdVdIgCE ?? ?飽和區(qū) MOS管的跨導與 導納 ? 對于 MOS管的交流小信號工作還引入了導納的概念，導納定義為：當柵源電壓與襯底電壓為一常數時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：當柵源間輸入交流信號時，由源極增加（減?。┝魅氲碾娮恿?，一部分通過溝道對電容充（放）電，一部分經過溝道流向漏極，形成漏源電流的增量，當變化的電流全部用于對溝道電容充放電時， MOS管就失去了放大能力，因此 MOS管的最高工作頻率定義為： 對柵輸入電容的充放電電流和漏源交流電流值相等時所對應的工作頻率 。 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度的平方成反比，因此， 減小 MOS管的溝道長度就能很顯著地提高工作頻率 。 CgfvgCv mmgmgm ?? 2???)(2 2 thGSnm VVLf ?? ??二階效應 二階效應在現代模擬集成電路的設計中 是不能忽略的，主要的二階效應有： ? MOS管的襯底效應 ? 溝道調制效應 ? 亞閾值導通 ? 溫度效應 襯底偏置效應（體效應） 在前面的分析中： ? 沒有考慮襯底電位對 MOS管性能的影響 ? 假設了所有器件的襯底都與器件的源端相連，即VBS＝ 0 ? 但在實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：在實際電路設計中 NMOS管的源極電位有時就會高于襯底電位（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（體效應） ? 根據閾值電壓的定義及 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 VS＝ VD＞ VB，當 0＜ VGB＜ Vth時則在柵下面產生了耗盡但沒產生反型層，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，而留下了更多的負電荷，從而使其耗盡區(qū)變得更寬，即當 VB下降、 Qb上升時， Vth也會增大。這種由于 VBS不為 0而引起閾值電壓的變化的效應就稱為 “ 襯底效應 ” ，也稱為 “ 背柵效應 ” 。 襯底偏置效應（體效應） ? 在考慮襯底效應時，其耗盡層的電荷密度變化為： ? 把上式代入閾值電壓的表達式，可得其閾值電壓為： ? 其中 Vth0是在無體效應時的閾值電壓； ，稱為體效應因子， 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（體效應） ? 對于 PMOS管，考慮體效應后的閾值電壓為： ?對于襯底效應表明其襯底勢能 Vsub不需改變：如果其源電壓相對于 Vsub發(fā)生了改變，會發(fā)生同樣的現象。 ?????? ?????? fBSfthth VVV 220 ?襯底偏置效應（體效應） ? 例： ViM1VD DI1VoV