MOS管二階效應(yīng)

1、MOS 管二階效應(yīng) MOS 管二級(jí)效應(yīng)研究 MOS 管的二級(jí)效應(yīng)主要有三種：背柵效應(yīng)、溝道長度調(diào)制效應(yīng)、亞閾值效應(yīng)。 一.背柵效應(yīng)： 在很多情況下，源極和襯底的電位并不相同。對(duì) NMOS 管而言，襯底通常接電路的最 低電位，有VBS0對(duì)PMOS管而言，襯底通常接電路的最高電位，有VBS0這時(shí)，MOS BSBS 管的閾值電壓將隨其源極和襯底之間電位的不同而發(fā)生變化。這一效應(yīng)稱為“背柵效應(yīng) ”。 以 NMOS 管為例，當(dāng) NMOS 管 V 0 時(shí)，閾值電壓的變化規(guī)律。隨著 V 上升，柵極吸引 BSGS 襯底內(nèi)部的電子向襯底表面運(yùn)動(dòng)，并在襯底表面產(chǎn)生了耗盡層。當(dāng)V 上升到一定的電壓 GS 閾值電壓時(shí)

2、，柵極下的襯底表面發(fā)生反型， NMOS 管在源漏之間開始導(dǎo)電。閾值電壓 的大小和耗盡層的電荷量有關(guān)，耗盡層的電荷量越多，NMOS 管的開啟就越困難，閾值電 壓 也就是開啟 NMOS 需要的電壓就越高。 當(dāng) V 0 時(shí)， 柵極和襯底之間的電位差加大， BS 耗盡層的厚度也變大，耗盡層內(nèi)的電荷量增加，所以造成閾值電壓變大。隨著V 變小，閾 BS 值電壓上升，在 V 和 V 不變的情況下，漏極電流變小。因而襯底和柵極的作用類似，也 GS DS 能控制漏極電流的變化。所以我們稱它為 “背柵 ”作用。 在電路設(shè)計(jì)上可采取一些措施來減弱或消除襯偏效應(yīng)， 例如把源極和襯底短接起來， 當(dāng) 然可以消除襯偏效應(yīng)的

3、影響， 但是這需要電路和器件結(jié)構(gòu)以及制造工藝的支持， 并不是在任 何情況下都能夠做得到的。例如，對(duì)于 p 阱 CMOS 器件，其中的 n-MOSFET 可以進(jìn)行源 - 襯底短接， 而其中的 p-MOSFET 則否；對(duì)于 n 阱 CMOS 器件，其中的 p-MOSFET 可以進(jìn)行 源-襯底短接，而其中的 n-MOSFET 則否。 另外可以改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)來減弱襯偏效應(yīng)。例如，對(duì)于 CMOS 中的負(fù)載管，若采用有源負(fù)載 來代替之，即可降低襯偏調(diào)制效應(yīng)的影響（因?yàn)楫?dāng)襯偏效應(yīng)使負(fù)載管的溝道電阻增大時(shí),有 源負(fù)載即提高負(fù)載管的 VGS 來使得負(fù)載管的導(dǎo)電能力增強(qiáng)） 。 二溝道長度調(diào)制效應(yīng)： MOS晶體管中，

4、柵下溝道預(yù)夾斷后、若繼續(xù)增大Vds，夾斷點(diǎn)會(huì)略向源極方向移動(dòng)。導(dǎo) 致夾斷點(diǎn)到源極之間的溝道長度略有減小， 有效溝道電阻也就略有減小， 從而使更多電子自 源極漂移到夾斷點(diǎn)，導(dǎo)致在耗盡區(qū)漂移電子增多 ，使 Id 增大，這種效應(yīng)稱為溝道長度調(diào)制效 應(yīng)。 當(dāng)MOS管工作在飽和區(qū)，導(dǎo)電溝道產(chǎn)生夾斷，溝道的長度從L變成了 L L 10um）,入的數(shù)值很小，?VDSV u，溝道內(nèi)就出現(xiàn)了電流。而實(shí)際情況并不是 GS TH 這樣。即使在 V v 時(shí)，溝道內(nèi)仍然有電流存在。當(dāng)V 接近V 時(shí)，漏極電流下降到 -7 -8 GS THGSTH 1010 A。當(dāng)VpV“時(shí)，漏極電流按指數(shù)規(guī)律下降。這時(shí)，柵極電壓對(duì)漏極電

5、流的控制 GS TH 從飽和區(qū)的平方律變成了亞閾值區(qū)的指數(shù)規(guī)律。MOS管的電流一電壓關(guān)系可以用公式 來表示。其中I是和工藝有關(guān)的參數(shù)，n是亞閾值斜率因子，通常滿足1n 3當(dāng)V 滿 D0，|GS 口kT 足Vgs Vth的條件時(shí)，一般認(rèn)為 MOS管進(jìn)入了亞閾值區(qū)域. MOS管二階效應(yīng) 當(dāng)Vs Vth時(shí)，稱MOS管工作在強(qiáng)反型區(qū)。 q kT 當(dāng)Vgs Vth時(shí)稱MOS管工作在強(qiáng)反型區(qū)。 q 強(qiáng)反型區(qū)和弱反型區(qū)的劃分其實(shí)也是對(duì)MOS管實(shí)際工作特定的一種近似，只是它比前 面講到的MOS管的一階近似更加準(zhǔn)確。從公式上分析，強(qiáng)反型區(qū)和弱反型區(qū)之間同樣存在 著電流不連續(xù)的問題。為了解決這一問題，也是為了建立更精確的MOS管模型，在這兩個(gè) 區(qū)之間又定義了中等反型區(qū)。 對(duì)于斜率因子n的解釋要從MOS管的電流變化講起。表征亞閾值特性的一個(gè)重要參數(shù) 是柵極電壓的變化幅度，也就是 MOS管從電流導(dǎo)通到電流截止時(shí)所