集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)ch-展示頁
2025-01-16 01:55本頁面
【正文】 已部分地落在這些電子上 ， 耗盡層厚度的增加就 減慢 了 ，相應(yīng)的 MOS電容 CSi的減小也減慢了 。 不過 ， 它只是一種弱反型層 。 MOS電容 — 耗盡層電容特性 (續(xù) ) 3） 若 Vgs再增大 ， 排斥掉更多的空穴 ， 吸引了更多的電子 ， 使得 Si表面電位下降 ， 能級(jí)下降 ， 達(dá)到低于 P型襯底的費(fèi)米能級(jí) 。 ? 一旦 Si表面能級(jí)下降到 P型襯底的費(fèi)米能級(jí) ， Si表面的半導(dǎo)體呈中性 。 ???? ASiASiApA qNWLNqWLNWLXqNQ 22q ???????2212 21 ASiASiSiqNWLqNWLdvdQC ???? ?MOS電容 — 耗盡層電容特性 ? 隨著 Vgs的增大 ， 排斥掉更多的空穴 ， 耗盡層厚度 Xp增大 ， 耗盡層上的電壓降 ?就增大 ， 因而耗盡層電容 CSi就減小 。 111 ????????? ?? Siox CCCMOS電容 — 束縛電荷層厚度 耗盡層電容的計(jì)算方法同 PN結(jié)的耗盡層電容的計(jì)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 ? ： 從而得出束縛電荷層厚度 ? ?ASiSiqN???? ???? 1 12239。這說明了 MOS電容器可以看成兩個(gè)電容器的串聯(lián)。 耗盡區(qū)中沒有可以自由活動(dòng)的載流子，只有空穴被趕走后剩下的固定的負(fù)電荷。 這些正電荷在數(shù)量上與柵極上的負(fù)電荷相等 ， 于是在 Si表面和柵極之間 ， 形成了平板電容器 ，其容量為 ， 通常 ， ?ox=??104 F/cm2； A是面積 ， 單位是 cm2； tox是厚度 ， 單位是 cm。 ? MOS電容還與外加電壓有關(guān) 。 SiO2下面是 P型襯底 ， 襯底是比較厚的 。 = , ?0 = Vge是柵級(jí)對(duì)襯底的有效控制電壓 其值為柵級(jí)到襯底表面的電壓減 VT 當(dāng) VgsVT=Vds時(shí) ， 滿足 : Ids達(dá)到最大值 Idsmax， 其值為 VgsVT=Vds， 意味著近漏端的柵極有效控制電壓 Vge=VgsVTVds=VgsVdsVT = VgdVT =0 感應(yīng)電荷為 0， 溝道夾斷 ， 電流不會(huì)再增大 ， 因而 ， 這個(gè) Idsmax 就是飽和電流 。 p = 240 cm2/() ? 空穴遷移率 (pMOS) MOSFET的伏安特性 — 方程推導(dǎo) 非飽和情況下，通過 MOS管漏源間的電流 Ids為： ? ?dsTgsgedsdsTgsoxoxdsdsTgsoxoxdsgeoxoxdsgedsVVVVVVVVLWtVVVVLWtVVLtWLVLCVQI21w i t h 21 )21( 222?????????????????????????????? = ?39。 ?為 載流子遷移率： ? 181。 這時(shí) ， 柵極電壓所感應(yīng)的電荷 Q為 ， Q=CVge 式中 Vge是柵極有效控制電壓 。 ? 當(dāng)柵極上的正電壓不斷升高時(shí) ， P型區(qū)內(nèi)的空穴被不斷地排斥到襯底方向 。 一個(gè)電容器結(jié)構(gòu) ： 柵極與柵極下面的區(qū)域形成一個(gè)電容器 ， 是 MOS管的核心 。集成電路設(shè)計(jì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 第五章 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的特性 MOS場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管 MOS管伏安特性的推導(dǎo) 兩個(gè) PN結(jié) ： 1） N型漏極與 P型襯底； 2） N型源極與 P型襯底 。 同雙極型晶體管中的 PN結(jié) 一樣 ,在結(jié)周圍由于載流 子的擴(kuò)散 、 漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平 衡 ， 而產(chǎn)生了耗盡層 。 圖 MOSFET的三個(gè)基本幾何參數(shù) ? 柵長 : L ? 柵寬 : W ? 氧化層厚度 : tox t oxSDn(p)p o l y S i d i f f u s i o n p+/n+p+/n+WG LMOSFET的三個(gè)基本幾何參數(shù) ? Lmin、 Wmin和 tox 由工藝確定 ? Lmin： MOS工藝的特征尺寸 (feature size) 決定 MOSFET的速度 和功耗等眾多特性 ? L和 W由設(shè)計(jì)者選定 ? 通常選取 L= Lmin， 由此， 設(shè)計(jì)者 只需選取 W ? W影響 MOSFET的速度， 決定電路驅(qū)動(dòng)能力和 功耗 MOSFET的伏安特性 :電容結(jié)構(gòu) ? 當(dāng)柵極不加電壓或加負(fù)電壓時(shí) ， 柵極下面的區(qū)域保持 P型導(dǎo)電類型 ， 漏和源之間等效于一對(duì)背靠背的二極管 ，當(dāng)漏源電極之間加上電壓時(shí) ， 除了 PN結(jié)的漏電流之外 ，不會(huì)有更多電流形成 。 當(dāng)柵極上的電壓超過閾值電壓 VT，在柵極下的 P型區(qū)域內(nèi)就形成電子分布 ， 建立起反型層 ，即 N型層 ， 把同為 N型的源 、 漏擴(kuò)散區(qū)連成一體 ， 形成從漏極到源極的導(dǎo)電溝道 。 非飽和時(shí)，在漏源電壓 Vds作用下，這些電荷 Q將在 ?時(shí)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(shí)間 ?為載流子速度， Eds= Vds/L為漏到源方向電場(chǎng)強(qiáng)度，Vds為漏到源電壓。 n = 650 cm2/() ? 電子遷移率 (nMOS)
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