第9章MOS管教育研究

1、第9章mos晶体管工作原理 n1-1 mos晶体管的结构特点和基本原理n1-2 mos晶体管的阈值电压分析n1-3 mos晶体管的电流方程n1-4 mos晶体管的瞬态特性1章节课堂第一章mos晶体管工作原理 n1-1 mos晶体管的结构特点和基本原理n1-2 mos晶体管的阈值电压分析n1-3 mos晶体管的电流方程n1-4 mos晶体管的瞬态特性n补充：1-5 mos晶体管的其它电学参数12章节课堂1-1-1 mos晶体管的基本结构nmos晶体管: 金属-氧化物-半导体场效应晶体管mosfetn基本结构：n栅,源区 ,漏区,沟道区n主要结构参数：n沟道长度ln沟道宽度wn栅氧化层厚度toxn

2、源漏区结深 xj3章节课堂mos晶体管4章节课堂1-1-2 mos管基本工作原理 n工作原理-栅压控制器件 nvgs=0，截止n0 vgs v t 开启n 情况情况1：vds=0 n 情况情况2： vds0 n转移特性曲线 (漏级电流，栅压，漏压，阈值电压）n输出特性曲线(i-v曲线)截止区，线性区，饱和区，击穿区n问题：为什么mos晶体管也叫单极晶体管？ 5章节课堂三维能带图6章节课堂1-1-3 mos晶体管的分类 n按导电类型：nnmos管： n沟道 mos晶体管npmos管： p沟道 mos晶体管n按工作机制分：n增强型器件：（也叫常截止器件）n耗尽型器件：（也叫常导通器件）n图1-1-

3、77章节课堂分类8章节课堂1-1-4 mos晶体管的结构特点p n结构简单面积小-便于集成n输入阻抗很高-级间可以直接耦合n源漏对称-电路设计灵活n有效工作区集中在表面，和衬底隔离 9章节课堂第一章mos晶体管工作原理 n1-1 mos晶体管的结构特点和基本原理n1-2 mos晶体管的阈值电压分析n1-3 mos晶体管的电流方程n1-4 mos晶体管的瞬态特性10章节课堂1-2 mos管的阈值电压分析 n阈值电压定义：使沟道区源端半导体表面达到强反型所需要的栅压。（形成表面沟道所需要的最小电压。）n阈值电压v t：决定mos管状态的关键。nvgs v t：导通态。 11章节课堂1-2-1 影响

4、阈值电压的因素 n定义：v t= vgs |表面强反型时表面强反型时n表达式：nv t= v fb+2f-qbm/cox n电压降在平带电压，强反型电压，耗尽层压降 n计算：将公式1-1-3到1-2-8代入上式12章节课堂) 1 . 2 . 1 ( 2oxbmfbtfcqvv) 2 . 2 . 1 ( lnifnqk0fbma2(2 )siq- qn(1.2.6) cq-voxoxmsfb(1.2.5) 0 tcoxoxoxvb=13章节课堂影响v t的基本因素n1，材料：n金属类型ms ，氧化层中的电荷qoxn半导体沟道区掺杂浓度nan半导体材料参数 ni ; i i n2，氧化层厚度：越厚

5、则阈值电压越大n3，温度：温度上升，阈值电压下降n4，和器件的横向尺寸无关n*调整考虑：n降低。以便降低芯片耗电。n控制器件类型n平衡对偶器管子（cmos）14章节课堂1-2-2 体效应对阈值电压的影响n体效应：源区和衬底电压vbs不是0时，产生体效应。n例如： nmos管vbs =vdsat21)( 2dsdstgsdv-v-vvi -vvvtgsdsat celwoxff23章节课堂简单方程24章节课堂夹断现象25章节课堂1-3-3 饱和区沟道长度调制效应n现象：图1-3-7，实际iv特性饱和区电流不饱和n原因：图1-3-8n对电流方程的修正：在下式中off oxeffwc l(1.3.2

6、6) l lleff (1.3.27) v llds(1.3.28) )1 ( vlldseff(1.3.29) )1 ()(2dstgsdv -vvki26章节课堂沟道长度调制效应27章节课堂第一章mos晶体管工作原理 n1-1 mos晶体管的结构特点和基本原理n1-2 mos晶体管的阈值电压分析n1-3 mos晶体管的电流方程n1-4 mos晶体管的瞬态特性28章节课堂1-4 mos晶体管的瞬态特性n1-4-1 mos晶体管的本征电容 n定义：由沟道区内的耗尽层电荷和反型层电荷随外电压变化引起的电容。n1-4-2 mos晶体管的寄生电容n源漏区pn结电容：cjsb、cjdb，图1-4-6n

7、覆盖电容： cgs、cgd, 图1-4-7, cgb,图1-4-9,n1-4-3 mos晶体管瞬态分析的等效电路*n大信号瞬态模型：图1-4-10n简化模型：图1-4-11n1-4-4 mos晶体管的本征频率*n本征频率fm , 是晶体管的最高工作频率n结论：频率和沟道长度的平方成反比：l下降，速度提高。29章节课堂本征电容，源漏区结电容30章节课堂覆盖电容31章节课堂大信号瞬态模型，简化模型32章节课堂第一章mos晶体管工作原理 n1-1 mos晶体管的结构特点和基本原理n1-2 mos晶体管的阈值电压分析n1-3 mos晶体管的电流方程n1-4 mos晶体管的瞬态特性n补充：1-5 mos

8、晶体管的其它电学参数33章节课堂补充：1-5 mos晶体管的其它电学参数1n阈值电压 vtn漏极电流 idn工作速度n跨导n沟道电阻n其它34章节课堂补充：1-5 mos晶体管的其它电学参数2n工作速度n切换时间：电子从源到漏的所需要的时间n公式： = l= l2 2/(/(* *v vdsds) ) n跨导ngm = ( dids / dvgs )|vds不变不变 图图1-1-5n沟道电导ngd =(dids / dvds )|vgs不变不变 图图1-1-635章节课堂补充：1-5 mos晶体管的其它电学参数2n导电因子、增益因子导电因子、增益因子n导电因子导电因子k因子、本征导电因子因子、本征导电因子kn结论：结论：导电因子由导电因子由工艺参数工艺参数 k和设计参数和设计参数 w/l决定。决定。(1.3.22) 21lwckoxeff(1.3.25) 21 c ,klwkkoxoff clwoxeff21)( 2dsdstgsdv-v-vvi36章节课堂第一章小结nmos晶体管的结构特点和基本原理nmos晶体管的