模擬電子電路第三章場效應(yīng)管及其基本電路

1、2022-6-19模擬電子技術(shù)1第三章第三章 場效應(yīng)管及其基本電路場效應(yīng)管及其基本電路（1）了解場效應(yīng)管內(nèi)部工作原理及性能特點。）了解場效應(yīng)管內(nèi)部工作原理及性能特點。（2）掌握場效應(yīng)管的外部特性、主要參數(shù)。）掌握場效應(yīng)管的外部特性、主要參數(shù)。（3）了解場效應(yīng)管基本放大電路的組成、工作原）了解場效應(yīng)管基本放大電路的組成、工作原理及性能特點。理及性能特點。（4）掌握放大電路靜態(tài)工作點和動態(tài)參數(shù)（）掌握放大電路靜態(tài)工作點和動態(tài)參數(shù)（ ）的分析方法。）的分析方法。omoiURRAu、2022-6-19模擬電子技術(shù)2場效應(yīng)晶體管（場效應(yīng)管）利用多數(shù)載流子的漂移運動形成電流。 場效應(yīng)管FET(Field

2、Effect Transistor)結(jié)型場效應(yīng)管JFET絕緣柵場效應(yīng)管IGFET雙極型晶體管主要是利用基區(qū)非平衡少數(shù)載流子的擴散運動形成電流。2022-6-19模擬電子技術(shù)3JFET：利用柵源電壓（ 輸入電壓）對耗盡層厚度的控制來改變導(dǎo)電溝道的寬度，從而實現(xiàn)對漏極電流（輸出電流）的控制。IGFET：利用柵源電壓（ 輸入電壓）對半導(dǎo)體表面感生電荷量的控制來改變導(dǎo)電溝道的寬度，從而實現(xiàn)對漏極電流（輸出電流）的控制。FET輸入電壓輸入電壓輸出電流輸出電流2022-6-19模擬電子技術(shù)4N溝道溝道P溝道溝道增強型增強型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FET場效應(yīng)

3、管場效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)分類：分類：2022-6-19模擬電子技術(shù)531 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管 311 結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理N型溝道PPDGSDSG(a)N溝道JFET圖31結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及其表示符號Gate柵極Source源極Drain 漏極箭頭方向表示柵源間PN結(jié)若加正向偏置電壓時柵極電流的實際流動方向ID實際流向結(jié)型場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)結(jié)型場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu).avi2022-6-19模擬電子技術(shù)6P型溝道NNDGSDSG(b)P溝道JFET圖31結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及其表示符號ID實際流向20

4、22-6-19模擬電子技術(shù)7DGSDGS(a) N型溝道PPN型溝道源極柵極漏極DGS(b) P型溝道NNP型溝道源極柵極漏極DGS(c) N溝道(d) P溝道圖3-1 結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號 2022-6-19模擬電子技術(shù)83.1.2 工作原理工作原理 N型溝道DGS(a) UGS 0PPID0N型溝道DGS(b) UGS 0PPID0UGSDGS(c) UGS UPPPID0UGS圖 4-2 當(dāng)UDS=0時UGS對導(dǎo)電溝道的影響示意1. UGS對導(dǎo)電溝道的影響 2022-6-19模擬電子技術(shù)9NDGSPP(a) UGS =0，溝道最寬圖32柵源電壓UGS對溝道的控制作用示意圖202

5、2-6-19模擬電子技術(shù)10(b) UGS負(fù)壓增大，溝道變窄DSPPUGS圖32柵源電壓UGS對溝道的控制作用示意圖橫向電場作用：UGS PN結(jié)耗盡層寬度 溝道寬度2022-6-19模擬電子技術(shù)11(c) UGS負(fù)壓進一步增大，溝道夾斷圖32柵源電壓UGS對溝道的控制作用示意圖DSPPUGSUGSoff夾斷電壓2022-6-19模擬電子技術(shù)12圖33JFET的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線 (a)轉(zhuǎn)移特性曲線；(b)輸出特性曲線 uGS/V012312345IDSSUGSoffiD/mA(a)2022-6-19模擬電子技術(shù)132. ID與與UDS、UGS之間的關(guān)系之間的關(guān)系 NDGS(a) UGS

6、 0, UDG |UP|UD SIDUG SNDGSUD SUG SIDPPPPISIS(b) UGS 0 , UDG |UP| 預(yù)夾斷DGSUD SUG SIDPPIS(c) UGSUP , UDG |UP| 夾斷圖 3-3 UDS對導(dǎo)電溝道和ID的影響 2022-6-19模擬電子技術(shù)14312 結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線一、轉(zhuǎn)移特性曲線一、轉(zhuǎn)移特性曲線2)1 (GSoffGSDSSDUuIiCuGSDDSufi)(式中：IDSS飽和電流，表示uGS=0時的iD值； UGSoff夾斷電壓，表示uGS=UGSoff時iD為零。恒流區(qū)中：uGS0， iD02022-6-19模擬

7、電子技術(shù)152. 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線 常數(shù)DSUGSDUfI)(iD / mA654321uGS / VUDS 4VUP 4 V01234IDSS圖4- 5 N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線 21PGSDSSDUUII2022-6-19模擬電子技術(shù)16 根據(jù)工作情況, 輸出特性可劃分為4個區(qū)域, 即: 可變電阻區(qū)、 恒流區(qū)、擊穿區(qū)和截止區(qū)。 2022-6-19模擬電子技術(shù)17二、輸出特性曲線二、輸出特性曲線 1. 可變電阻區(qū)iD的大小同時受uGS 和uDS的控制。柵、漏間電壓uGDUGSoff（或uDSUGSoff預(yù)夾斷前所對應(yīng)的區(qū)域。uGS0， uDS02022-6-19模擬電子技術(shù)1

8、8圖33JFET的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線 (a)轉(zhuǎn)移特性曲線；(b)輸出特性曲線 1234iD/mA01020uDS/V可變電阻區(qū)恒截止區(qū)2V1.5V1VUDSUGSUGSoff515流區(qū)擊穿區(qū)UGS0V(b)UGSoff0.5V2022-6-19模擬電子技術(shù)19 當(dāng)uDS很小時， uDS對溝道的影響可以忽略，溝道的寬度及相應(yīng)的電阻值僅受uGS的控制。輸出特性可近似為一組直線，此時，JFET可看成一個受uGS控制的可變線性電阻器（稱為JFET的輸出電阻）；當(dāng)uDS較大時， uDS對溝道的影響就不能忽略，致使輸出特性曲線呈彎曲狀。2022-6-19模擬電子技術(shù)202.恒流區(qū)iD的大小幾乎不受

9、uDS的控制。預(yù)夾斷后所對應(yīng)的區(qū)域。柵、漏間電壓uGDuGS-UGSoff）柵、源間電壓uGSUGSoff2022-6-19模擬電子技術(shù)21(1)當(dāng)UGSoffuGS0時，uGS變化，曲線平移，iD與uGS符合平方律關(guān)系， uGS對iD的控制能力很強。(2) uGS固定，uDS增大，iD增大極小。2022-6-19模擬電子技術(shù)224.擊穿區(qū)隨著uDS增大，靠近漏區(qū)的PN結(jié)反偏電壓 uDG(=uDS-uGS)也隨之增大。 當(dāng)UGSUGSoff時，溝道被全部夾斷，iD=0，故此區(qū)為截止區(qū)。3. 截止區(qū)2022-6-19模擬電子技術(shù)23 圖34 uDS對導(dǎo)電溝道的影響DGS(a)UDSID0UGSD

10、GS(b)UDSUGS溝道局部夾斷IDIDSSPPPP截止區(qū)（恒流區(qū)）飽和區(qū)且臨界飽和區(qū)可變電阻區(qū))()()()()(offGSGSoffGSGSoffGSDSGSoffGSDSGSoffGSDSGSuuuuuuuuuuuuuGD(2V)S(0V)-4-5-6-7.5VuoffGS7)(設(shè)2022-6-19模擬電子技術(shù)24綜上分析可知綜上分析可知 溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電， 所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。 JFETJFET是電壓控制電流器件，是電壓控制電流器件，i iD D受受v vGSGS控制控制 預(yù)夾斷前

11、預(yù)夾斷前i iD D與與v vDSDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后， i iD D趨趨于飽和。于飽和。 JFET JFET柵極與溝道間的柵極與溝道間的PNPN結(jié)是反向偏置的，因結(jié)是反向偏置的，因 此此i iG G 0 0，輸入電阻很高。，輸入電阻很高。2022-6-19模擬電子技術(shù)2532 絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管(IGFET)柵極與溝道之間隔了一層很薄的絕緣體，其阻抗比JFET的反偏PN結(jié)的阻抗更大。功耗低，集成度高。絕緣體一般為二氧化硅（SiO2），這種IGFET稱為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，用符號MOSFET表示（Metal Oxide Semiconducto

12、r Field Effect Transistor）。此外，還有以氮化硅為絕緣體的MNSFET等。一、簡介一、簡介2022-6-19模擬電子技術(shù)26(a)源極柵極漏極氧化層(SiO2)BWP型襯底NNL耗盡層A1層SGD圖35絕緣柵(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)示意圖 (a)立體圖；(b)剖面圖 2022-6-19模擬電子技術(shù)27MOSFETN溝道P溝道增強型 N-EMOSFET耗盡型增強型耗盡型N-DMOSFETP-EMOSFETP-DMOSFET二、分類二、分類2022-6-19模擬電子技術(shù)28321 絕緣柵場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)絕緣柵場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)322 N溝道增強型溝道增強型MOSFET

13、 (Enhancement NMOSFET)一、導(dǎo)電溝道的形成及工作原理一、導(dǎo)電溝道的形成及工作原理2022-6-19模擬電子技術(shù)29圖36N溝道增強型MOS場效應(yīng)管的溝道形成及符號B(b)NUDS導(dǎo)電溝道P型襯底UGSNDGS(c)B2022-6-19模擬電子技術(shù)30二、轉(zhuǎn)移特性二、轉(zhuǎn)移特性(1)當(dāng)uGSUGSth時，iD 0，二者符合平方律關(guān)系。2)(2GSthGSoxnDUuLWCui2)(GSthGSUukiD02022-6-19模擬電子技術(shù)31 式中：UGSth開啟電壓(或閾值電壓)； n溝道電子運動的遷移率； Cox單位面積柵極電容； W溝道寬度； L溝道長度(見圖35(a)； W

14、/LMOS管的寬長比。 在MOS集成電路設(shè)計中，寬長比是一個極為重要的參數(shù)。 2022-6-19模擬電子技術(shù)32iD0)(VuGSGSthU(a).轉(zhuǎn)移特征曲線轉(zhuǎn)移特征曲線:2022-6-19模擬電子技術(shù)33三、輸出特性三、輸出特性(1)截止區(qū)uDS0uGSUGSthuGDUGSth（或uDSUGSthuGDuGS-UGSth）2022-6-19模擬電子技術(shù)36GD(1V)S(0V)432.51.5設(shè)VuGSth2截止區(qū)（恒流區(qū)）飽和區(qū)且臨界飽和區(qū)可變電阻區(qū)GSthGSGSthGSGSthDSGSGSthDSGSGSthDSGSuuuuuuuuuuuuu2022-6-19模擬電子技術(shù)37323

15、 N溝道耗盡型溝道耗盡型 MOSFET (Depletion NMOSFET)20)1 (GSoffGSDDUuIi式中： ID0表示uGS=0時所對應(yīng)的漏極電流。 )(220GSoffoxnDULWCuI2022-6-19模擬電子技術(shù)38iDuGSUGSoff0(a)ID0圖310N溝道耗盡型MOS管的特性及符號(a)轉(zhuǎn)移特性；(b)輸出特性；(c)表示符號2022-6-19模擬電子技術(shù)39圖310N溝道耗盡型MOS管的特性及符號(a)轉(zhuǎn)移特性；(b)輸出特性；(c)表示符號1234iD/mA01020uDS/V0V515(b)UGS 3V6V3VGSoffGSDSUuu2022-6-19模

16、擬電子技術(shù)40圖310N溝道耗盡型MOS管的特性及符號(a)轉(zhuǎn)移特性；(b)輸出特性；(c)表示符號(c)DGSB2022-6-19模擬電子技術(shù)41324各種類型各種類型MOS管的符號及特性對比管的符號及特性對比DGSDGSN溝道P溝道結(jié)型 FET圖311各種場效應(yīng)管的符號對比2022-6-19模擬電子技術(shù)42DSGBDSGBDSGBDSGBN溝 道P溝 道增 強 型N溝 道P溝 道耗 盡 型MOSFET圖311各種場效應(yīng)管的符號對比2022-6-19模擬電子技術(shù)43iDuGSUGSoff0IDSSID0UGSth結(jié)型P溝耗盡型P溝增強型P溝MOS耗盡型N溝增強型N溝MOS結(jié)型N溝圖312各種

17、場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性對比(a)轉(zhuǎn)移特性N溝道：0DiP溝道：0Di2022-6-19模擬電子技術(shù)44圖312各種場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性對比uDSiD0線性線性可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)012345601231233456789結(jié)型P 溝耗盡型MOS P溝345601201231233456789結(jié)型N溝耗盡型 增強型MOS N溝UGS/VUGS/V增強型(b)輸出特性N溝道：0DiP溝道：0Di)(GSthGSoffGSDSuuuu2022-6-19模擬電子技術(shù)4533 場效應(yīng)管的參數(shù)和小信號模型場效應(yīng)管的參數(shù)和小信號模型 331 場效應(yīng)管的主要參數(shù)場效應(yīng)管的主要參數(shù)一、直流參數(shù)一、直

18、流參數(shù)1. 結(jié)型場效應(yīng)管和耗盡型MOSFET的主要參數(shù) (1)飽和漏極電流IDSS(ID0)： (2)夾斷電壓UGSoff：當(dāng)柵源電壓uGS=UGSoff時，iD=0。IDSS指的是對應(yīng)uGS=0時的漏極電流。 2.增強型MOSFET的主要參數(shù)對增強型MOSFET來說，主要參數(shù)有開啟電壓UGSth。2022-6-19模擬電子技術(shù)463.輸入電阻RGS對結(jié)型場效應(yīng)管，RGS在1081012之間。對MOS管，RGS在10101015之間。通常認(rèn)為RGS 。 二、極限參數(shù)二、極限參數(shù)(1)柵源擊穿電壓U(BR)GSO。(2)漏源擊穿電壓U(BR)DSO。(3)最大功耗PDM：PDM=IDUDS202

19、2-6-19模擬電子技術(shù)47DGSDGSN溝道P溝道結(jié)型FET圖311各種場效應(yīng)管的符號對比DSGBDSGBDSGBDSGBN 溝 道P 溝 道增 強 型N 溝 道P 溝 道耗 盡 型M O S F E T2022-6-19模擬電子技術(shù)48三、交流參數(shù)三、交流參數(shù)1跨導(dǎo)gm)/(VmdudigCuGSDmDS對JFET和耗盡型MOS管，電流方程為2)1 (GSoffGSDSSDUuIi那么，對應(yīng)工作點Q的gm為式中，IDQ為直流工作點電流。DSSDQGSoffDSSGSoffGSGSoffDSSQGSDmIIUIUuUIdudig2)1 (直流工作點電流IDQ ，gm 。2022-6-19模擬

20、電子技術(shù)4922)()(2GSthgsGSthgsoxnDUukUuLWCui而對增強型MOSFET，其電流方程為那么，對應(yīng)工作點Q的gm為DQDQoxnmkIILWCug22直流工作點電流IDQ ，gm 。2022-6-19模擬電子技術(shù)502.輸出電阻rds GSQuDDSdsdidur 恒流區(qū)的rds可以用下式計算：其中，UA為厄爾利電壓。DQAdsIUr DSGB2022-6-19模擬電子技術(shù)51DGSDGSN溝道P溝道結(jié)型FET圖311各種場效應(yīng)管的符號對比DSGBDSGBDSGBDSGBN 溝 道P 溝 道增 強 型N 溝 道P 溝 道耗 盡 型M O S F E T2022-6-1

21、9模擬電子技術(shù)52 圖38輸出特性uDSiD0UGSUA(厄爾利電壓)(b)厄爾利電壓2022-6-19模擬電子技術(shù)53DSdsGSmDSDSDGSGSDDDSGSDdurdugduuiduuidiuufi1),( 若輸入為正弦量，上式可改寫為dsdsgsmdUrUgI1通常rds較大，Uds對Id的影響可以忽略，則332 場效應(yīng)管的低頻小信號模型場效應(yīng)管的低頻小信號模型gsmdUgI 2022-6-19模擬電子技術(shù)54rds(a)gmUgsUdsIdDS(b)gmUgsUoIdDS圖313 場效應(yīng)管低頻小信號簡化模型2022-6-19模擬電子技術(shù)5534 場效應(yīng)管放大器場效應(yīng)管放大器341

22、場效應(yīng)管偏置電路場效應(yīng)管偏置電路偏置方式自偏壓方式混合偏置方式 確定直流工作 點 方 法圖解法解析法 適宜 JFET、DMOSFET適宜 JFET、DMOSFET、EMOSFET2022-6-19模擬電子技術(shù)56 圖314場效應(yīng)管偏置方式 (a)自偏壓方式； (b)混合偏置方式 RDUDDRS(自偏壓電阻)uiRGV(a)RDUDDRS(自偏壓電阻)uiRG2(b)RG1(分壓式偏置)RDUDDRS(自偏壓電阻)uiRGV(a)2022-6-19模擬電子技術(shù)57一、圖解法一、圖解法SDGSRiuSDDDGGGGSRiURRRu212 柵源回路直流負(fù)載線方程1.對于自偏壓方式2.對于混合偏置方式

23、 柵源回路直流負(fù)載線方程RDUDDRS(自偏壓電阻)uiRGV(a)RDUDDRS(自偏壓電阻)uiRG2(b)RG1(分壓式偏置)2022-6-19模擬電子技術(shù)58RDUDDRS(自偏壓電阻)uiRGV(a)SDGSRiu 柵源回路直流負(fù)載線方程1.對于自偏壓方式圖解法圖解法iDuGS0(a)Q1Q2RS1-2022-6-19模擬電子技術(shù)592.對于混合偏置方式圖解法圖解法iDuGS0(b)Q1Q2Q2Q3Q3RS1-RG1+RG2RG2UDDRDUDDRS(自偏壓電阻)uiRG2RG1(分壓式偏置)SDDDGGGGSRiURRRu212 柵源回路直流負(fù)載線方程2022-6-19模擬電子技術(shù)

24、60解析法解析法SDGSGSoffGSDSSDRiuUUIi2)1 (已知電流方程及柵源直流負(fù)載線方程，聯(lián)立求解即可求得工作點. 例如對于自偏壓方式如：2022-6-19模擬電子技術(shù)61UiC2C1RDRG1RSUDD 20VRG2150k50k2k10kRL1M(a)Uo.RG31M.C3圖316共源放大器電路及其低頻小信號等效電路 (a)電路；(b)低頻小信號等效電路 342場效應(yīng)管放大器分析場效應(yīng)管放大器分析一、共源放大器一、共源放大器2022-6-19模擬電子技術(shù)62rdsDSUo.RDRLUi.GRG3RG2RG1(b)gmUgs.圖316共源放大器電路及其低頻小信號等效電路 (a)

25、電路；(b)低頻小信號等效電路2022-6-19模擬電子技術(shù)63式中， ，且一般滿足RDRLrds。所以，共源放大器的放大倍數(shù)Au為若gm=5mA/V，則Au=50。igsUU)(LDmiouRRgUUArdsDSUo.RDRLUi.GRG3RG2RG1(b)gmUgs.)(LDdsgsmoRRrUgU2022-6-19模擬電子技術(shù)64rdsDSUo.RDRLUi.GRG3RG2RG1(b)gmUgs.kRrRRDdsDo10輸入電阻： 輸出電阻：MRRRRGGGi0375. 12132022-6-19模擬電子技術(shù)65例例 場效應(yīng)管放大器電路如圖318(a)所示，已知工作點的gm=5mA/V，

26、試畫出低頻小信號等效電路，并計算增益Au。uiC2C1C3RDuoRG1RG3RS2UDDRG2RS1150k50k2k10k1k1MRL1Mgm2mA/V2022-6-19模擬電子技術(shù)66uiC2C1C3RDuoRG1RG3RS2UDDRG2RS1150k50k2k10k1k1MRL1Mgm2mA/V 圖318帶電流負(fù)反饋的放大電路(a)電路；(b)等效電路；(c)簡化等效電路(a)1sgsmgsiRUgUU2022-6-19模擬電子技術(shù)67RS1rdsDSUo.RDRL+-+-Ui.GRG3RG2RG1gmUgs.)(1SdimgsmdRIUgUgI輸出電壓)(LDdoRRIUiSmmdU

27、RggI11 故 3 . 8)(11LmLDSmmiouRgRRRggUUA2022-6-19模擬電子技術(shù)681. 放大倍數(shù)Au iLmmdLdimLSdimgsmdiLSdiouURggIRIUgRRIUgUgIURRIUUA1 )()(式中： 故 所以3333106 . 11021106 . 11021LmLmuRgRgA2022-6-19模擬電子技術(shù)69 圖318帶電流負(fù)反饋的放大電路(a)電路；(b)等效電路；(c)簡化等效電路gmUgs.DSUo.RS1RDRLrds(b)(c)Uo.RL1gmRS1gmUi.2022-6-19模擬電子技術(shù)70C2C1RG1RSUDDRG2150k5

28、0k2kRL10kUo.RG31MUi.gm2mA/V圖319共漏電路及其等效電路 (a)電路；(b)等效電路二、共漏放大器二、共漏放大器2022-6-19模擬電子技術(shù)71圖319共漏電路及其等效電路 (a)電路；(b)等效電路(b)Uo.RLRSSDId.gmUgs.gmUiId(RSRL). 2022-6-19模擬電子技術(shù)721. 放大倍數(shù)Au )(LdimLSdimgsmdRIUgRRIUgUgI式中： 故 所以3333106 . 11021106 . 11021LmLmuRgRgAC2C1RG1RSUDDRG2150k50k2kRL10kUo.RG31MUi.gm 2mA/ViLSdi

29、ouURRIUUA)(iLmmdURggI12022-6-19模擬電子技術(shù)73C1RG1RSUDD(a)RG2RoIo.Uo.圖320計算共漏電路輸出電阻Ro的等效電路 2. 輸出電阻RoC2C1RG1RSUDDRG2150k50k2kRL10kUo.RG31MUi.gm 2mA/V2022-6-19模擬電子技術(shù)74圖320計算共漏電路輸出電阻Ro的等效電路RS(b)IS.Io.gmUgs. gm( Uo).Uo.RoISRC1RG1RSUDD(a)RG2RoIo.Uo.2022-6-19模擬電子技術(shù)75omomgsmSSoRSRoUgUgUgIRUIIIISS)(由圖可見 式中： 所以，輸出

30、電阻為 4001021102133mSogRRmSomSooooogRUgRUUIUR11112022-6-19模擬電子技術(shù)76 3.輸入電阻 MRRRRRGGGGi0375. 1213C2C1RG1RSUDDRG2150k50k2kRL10kUo.RG31MUi.gm 2mA/V2022-6-19模擬電子技術(shù)772022-6-19模擬電子技術(shù)78新型半導(dǎo)體MOS器件研究 2022-6-19模擬電子技術(shù)7919581958年集成電路發(fā)明以來年集成電路發(fā)明以來, ,為了提高電子集成系統(tǒng)的性能，降為了提高電子集成系統(tǒng)的性能，降低成本低成本(1)(1)集成電路的特征尺寸不斷縮小，制作工藝的加工精度不

31、斷集成電路的特征尺寸不斷縮小，制作工藝的加工精度不斷提高提高(2)(2)同時硅片的面積不斷增大同時硅片的面積不斷增大(3)40(3)40多年來，集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循了摩爾定律，多年來，集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循了摩爾定律，即每隔三年集成度增加即每隔三年集成度增加4 4倍，晶體管尺寸按倍，晶體管尺寸按0.70.7的因子減小。的因子減小。(4) (4) 集成電路芯片的特征尺寸已經(jīng)從集成電路芯片的特征尺寸已經(jīng)從19781978年的年的10m10m發(fā)展到現(xiàn)發(fā)展到現(xiàn)在的在的0.130.08m0.130.08m；硅片的直徑尺寸也逐漸由；硅片的直徑尺寸也逐漸由2 2英寸、英寸、3 3英寸、英寸、4

32、 4英寸、英寸、6 6英寸、英寸、8 8英寸發(fā)展到英寸發(fā)展到1212英寸。更新的預(yù)測表明英寸。更新的預(yù)測表明, ,到到20162016年年,MOS,MOS的溝道長度將縮小到的溝道長度將縮小到20nm20nm以下以下. .2022-6-19模擬電子技術(shù)80MOS器件縮小到亞器件縮小到亞100nm面臨許多挑戰(zhàn)面臨許多挑戰(zhàn),有很多問有很多問題需要解決題需要解決:(1)SCE(短溝道效應(yīng)短溝道效應(yīng));(2)DIBL(漏場感應(yīng)勢壘降低漏場感應(yīng)勢壘降低)效應(yīng)效應(yīng); (3)氧化層的可靠性氧化層的可靠性;(對器件的靜態(tài)功耗產(chǎn)生影響對器件的靜態(tài)功耗產(chǎn)生影響);(4)量子效應(yīng)量子效應(yīng);(使柵電容減小使柵電容減小);(5)雜質(zhì)數(shù)漲落雜質(zhì)數(shù)漲落;(雜質(zhì)數(shù)統(tǒng)計起伏對器件性能影響雜質(zhì)數(shù)統(tǒng)計起伏對器件性能影響).2022-6-19模擬電子技術(shù)81SourceDrainTunnelingThermionic emission圖7 電子傳輸方向能帶示意圖Fig.7 Potential diagram in the direction of electron transport2022-6-19模擬電子技術(shù)82高K柵介質(zhì)M