(完整版)cmos课件与习题-chapter2MOS器件物理基础

1、2021-11-201第二章第二章 mosfetmosfet的工作的工作原理及器件模型分析原理及器件模型分析2021-11-202本章内容本章内容vmosfet 的的i-v 特性特性vmosfet 的二级效应的二级效应vmosfet 的结构电容的结构电容vmosfet 的小信号模型的小信号模型2021-11-2032.1 mosfet的基本概念的基本概念2.1.1 mosfet开关开关阈值电压是多少？当器件导通时，漏源之间的电阈值电压是多少？当器件导通时，漏源之间的电阻有多大？这个电阻与端电压的关系是怎样的？阻有多大？这个电阻与端电压的关系是怎样的？总是可以用简单的线性电阻来模拟漏和源之间的总

2、是可以用简单的线性电阻来模拟漏和源之间的通道？器件的速度受什么因素限制？通道？器件的速度受什么因素限制？2021-11-2041. mosfet的三种结构简图的三种结构简图图2.1 nmos fet结构简图2.1.2 mosfet的结构的结构2021-11-205图2.2 pmos fet结构简图2021-11-206图2.3 cmos fet的结构简图2021-11-2072.mos fet结构尺寸的通用概念结构尺寸的通用概念w: gate widthldrain (l): gate length(layout gate length)leff: effective gate lengthl

3、d:s/d side diffusion lengthw/l: aspect ratios,d,g,b: source,drain,gate,body(bulk)2021-11-2083.mos fet 的四种电路符号的四种电路符号gdsbgsdbnmospmos(d)2021-11-2092.2 mos的的i/v特性特性2.2.1.阈值电压阈值电压先看先看mos器件的工作原理器件的工作原理:图图(a)是是nmos的结构图的结构图,我们以此为例来分析阈值电压产我们以此为例来分析阈值电压产生的原理生的原理.(a) vgs=0 2021-11-2010在在(a)图中，图中，g极没有加入极没有加入电

4、压时，电压时，g极和极和sub表面之间，表面之间，由于由于cox的存在，构成了一个的存在，构成了一个平板电容，平板电容，cox为单位面积的为单位面积的栅氧电容栅氧电容;(b) vgs0 (c)在栅极加上正电压后，如在栅极加上正电压后，如图图(b)所示，所示，p-sub靠近靠近g的空的空穴就被排斥，留下了不可动穴就被排斥，留下了不可动的负离子。这时没有导电沟的负离子。这时没有导电沟道的形成，因为没有可移动道的形成，因为没有可移动的载流子，的载流子，g和衬底间仅形成和衬底间仅形成了氧化层电容和耗尽层电容了氧化层电容和耗尽层电容的串连的串连,如图如图(c)所示。所示。2021-11-2011（d）当

5、）当vg继续增加，界面电继续增加，界面电势达到一定值时，就有电子从源势达到一定值时，就有电子从源极流向界面并最终到达漏极，导极流向界面并最终到达漏极，导电沟道形成，晶体管打开。如图电沟道形成，晶体管打开。如图（d）所示。这时，这个电压值）所示。这时，这个电压值就是就是“阈值电压阈值电压” .thv)()(gatesubffmsoxdepfmsthcqv2isubfnnqktln(d)功函数差功函数差费米势费米势,mos强反型时的强反型时的表面势为费米势的表面势为费米势的2倍倍subfsidepnqq4耗尽区电荷耗尽区电荷(2.1)2021-11-2012pmos器件的导通器件的导通:与与nfe

6、ts类似类似,极性相反极性相反.oxdepfmsthcqv2isubfnnqktlnsubfsidepnqq42021-11-20132.2.2 i/v特性推导特性推导(1) 电流密度电流密度(单位面积上电流的大小单位面积上电流的大小)iv我们用一个电流棒来辅助理解电流密度的概念我们用一个电流棒来辅助理解电流密度的概念.当电荷密度为当电荷密度为qd的电荷以速度的电荷以速度v沿电流方向移动时沿电流方向移动时,产生的产生的电流密度为电流密度为vqid*2*3masmmc量纲(2.2)2021-11-2014(2) nmos 沟道的平板电容近似与沟道电荷分布沟道的平板电容近似与沟道电荷分布若将若将m

7、os结构等效为一个由结构等效为一个由poly-si和反型沟道构成的平板电和反型沟道构成的平板电容。容。对均匀沟道，当对均匀沟道，当vd=vs=0时，宽度为时，宽度为w的沟道中，单位的沟道中，单位长度上感应的可移动电荷量为长度上感应的可移动电荷量为式中式中cox为栅极单位面积电容，为栅极单位面积电容，wcox为单位长度栅电容为单位长度栅电容.)(thgsoxdvvwcq(2.3)2021-11-2015如果从如果从s到到d有一电压差有一电压差vds，假设平板电容在，假设平板电容在l方向上方向上x点点的电位为的电位为v(x ), 如上图所示如上图所示则有则有:)()(xvvvwcxqthgsoxd

8、(2.4)2021-11-2016(3) 电荷漂移速度电荷漂移速度：漂移速度：漂移速度 drift speed：迁移率：迁移率 mobility ：电场强度：电场强度 electric fieldee(2.5)dxxdvxe)()(其中其中)()()()()(xexqxvxqxiddd综合综合(2.2)-(2.5)有有)()()()()(dxxdvvxvvwcdxxdvvxvvwcxinthgsoxnthgsoxd或或2021-11-2017(2.6)dsvlvv)(, 0)0(边界条件边界条件dsvvthgsoxnlxdxdvvxvvcwdxxi00)()()(两边积分可得两边积分可得221

9、)(dsdsthgsoxndvvvvlwci沟道中电流是连续的恒量，即有：沟道中电流是连续的恒量，即有：2021-11-2018分析：分析：令令 ,求得各抛物线的极大值在求得各抛物线的极大值在 点上，且相应各峰值电流为点上，且相应各峰值电流为: )(thgsdsvvv0dsdvi2max,)(21thgsoxndvvlwci(2.7)vgs-vth为过驱动（为过驱动（overdrive）电压，只有过驱动）电压，只有过驱动电压可以形成反型层电荷。电压可以形成反型层电荷。thgsdsvvv时，器件工作在时，器件工作在“三极管区三极管区”.2021-11-2019mos器件作为逻辑工作和模拟开关，或

10、小值线性电器件作为逻辑工作和模拟开关，或小值线性电阻运用时，都会工作于深阻运用时，都会工作于深triode区。此时区。此时vgs较大，较大，mos管的管的vds很小，若满足：很小，若满足：dsthgsoxndvvvlwci)()(2thgsdsvvv2.2.3 mos器件深器件深triode区时的导通电阻区时的导通电阻此时（此时（2.6）简化为：）简化为：(2.8)(2.8)表明表明 为直线关系，如图为直线关系，如图(2.12)所示所示.dsdvi2021-11-2020)(1thgsoxnddsonvvlwcivr(2.9)此时此时d,s间体现为一个电阻，其阻值为：间体现为一个电阻，其阻值为

11、：2021-11-2021（2.9）式表示：）式表示：a：在满足：在满足 的条件下，的条件下，mos管体管体现出线性电阻的特性，其直流电阻与交流动态电阻相现出线性电阻的特性，其直流电阻与交流动态电阻相等。等。b：该线性电阻大小取决与：该线性电阻大小取决与vgs，即调节，即调节vgs，可调节，可调节电阻的大小。因此我们常常把工作在这种区域的晶体电阻的大小。因此我们常常把工作在这种区域的晶体管称为管称为“压控晶体管压控晶体管”。)(2thgsdsvvv2021-11-2022讨论讨论: 一个一个nmos管管,若偏置电压若偏置电压vgsvt ,漏级开路漏级开路(id =0),问：此晶体管是处于问：此

12、晶体管是处于cut off 状态还是其他状态状态还是其他状态?为为什么什么?例例2.12021-11-2023由由 可知：可知：vds1vg0x1)()(1thgsvvxv2.2.4 mos管在饱和区的跨导管在饱和区的跨导)()(xvvvwcxqthgsoxd当当 时，漏极电流怎样变化呢？时，漏极电流怎样变化呢？ thgsdsvvvthgsvvxv)(时，时，0)(xqd，此时认为沟道夹断，此时认为沟道夹断 (pinch off ).thgsdsvvv的增大向源端移动。的增大向源端移动。)()(2thgsvvxvvds2vds1vg0x2dsv时时,夹断点随着夹断点随着thgsdsvvv,沟道

13、在沟道在 处夹断处夹断. lx 2021-11-20242)(21thgsoxndvvlwci若若ll didsv,则则与与无关无关.dsvvthgsoxnlxdxdvvxvvcwdxxi00)()()(thgsvvvthgsoxnlxdxdvvxvvcwdxxi00)()()(由由 时时, 相对恒定，器件工作在饱相对恒定，器件工作在饱和区。和区。)(thgsdsvvvdi(2.10)2021-11-20252)(21thgsoxndvvlwci(2.10)221)(dsdsthgsoxndvvvvlwci式式(2.6),(2.10) 为为analog cmos design 的最基本的的最基

14、本的方程式方程式.(2.6)它们描述了它们描述了id与工艺常数与工艺常数 ,器件尺寸器件尺寸w和和l以及以及栅和漏相对于源的电位之间的关系栅和漏相对于源的电位之间的关系.oxnc2021-11-2026若若 ，可以得到，可以得到 不同不同vgs下漏电流曲线为下漏电流曲线为:178.gsgsgsvvvll 2021-11-2027221)(dsdsthgsoxpdvvvvlwci2)(21thgsoxpdvvlwci对于对于pmos器件器件,其在三极管区和饱和区的电流方其在三极管区和饱和区的电流方程分别表示为程分别表示为2021-11-2028若若ll ,那么工作在饱和区的那么工作在饱和区的mo

15、sfet构成一个构成一个连接源和漏的电流源连接源和漏的电流源,如图如图2.17所示所示.2)(21thgsoxndvvlwci2)(21thgsoxpdvvlwci2021-11-2029v跨导跨导gm的定义的定义vgm是指在一定的是指在一定的vds下，下，id对对vgs的变化率。的变化率。vgm代表了器件的灵敏度：对于一个大的代表了器件的灵敏度：对于一个大的gm来说，来说， vgs的一的一个微小的改变将会引起个微小的改变将会引起id产生很大的变化。产生很大的变化。)(htgsoxnconstvgsdmvvlwcvigds当当mos器件处于饱和区时器件处于饱和区时,沟道被夹断沟道被夹断.当当v

16、ds增大时增大时,夹断点夹断点向向s方向移动，沟道长度由方向移动，沟道长度由l变成了变成了l,故饱和区电流方程中故饱和区电流方程中l应用应用l取代取代,但当但当l较大较大, vds不是很高时不是很高时,我们仍以我们仍以l作为作为mos管的沟长管的沟长.(2.11)2021-11-2030gm的变形表达式的变形表达式v将式两边平方得将式两边平方得v所以所以v将乘以一个（将乘以一个（vgs-vth）,除以一个（除以一个（vgs-vth）得）得doxnthgsoxnoxnmilwcvvlwclwcg2)(.22doxnmilwcg2)(2)().(htgsdhtgshtgshtgsoxnmvvivv

17、vvvvlwcg(2.12)(2.13)2021-11-2031根据根据gm的表达式的表达式,我们可以得到如图我们可以得到如图2.18所示的曲线所示的曲线,它反映它反映了了gm随某一参数变化的特性随某一参数变化的特性.thgsddoxnhtgsoxnmvviilwcvvlwcg22)(2021-11-2032提高提高gm的有效方法的有效方法v提高载流子的沟道迁移率提高载流子的沟道迁移率,选用高迁移率的材料选用高迁移率的材料,并并使用迁移率高的晶面使用迁移率高的晶面.v制作高质量、尽可能薄的栅氧化层制作高质量、尽可能薄的栅氧化层;v尽可能使用宽长比比较大的图形尽可能使用宽长比比较大的图形;v减小

18、源、漏区体电阻和欧姆接触电阻以减小串连电减小源、漏区体电阻和欧姆接触电阻以减小串连电阻阻,因为因为)(1*dsdrsmmmrrgrggg2021-11-2033怎样区分饱和区和三极管区怎样区分饱和区和三极管区?当栅压和漏压之差不足以形成反型层时当栅压和漏压之差不足以形成反型层时,沟道被夹断沟道被夹断,器件器件工作在饱和区工作在饱和区.thndgvvvthpgdvvv对对nmos:对对pmos:2021-11-2034thgsdsvvvthgsdsvvvthgsvvthgsodvvvtriode 区又称非饱和区或线性电阻区；区又称非饱和区或线性电阻区；saturation 区又称饱和区；区又称饱

19、和区；cut off 区又称截止区；区又称截止区；overdrive voltage 有时也称有时也称vod，它的表达式为，它的表达式为有关的重要术语和概念：有关的重要术语和概念：aspect ratio w/l2021-11-2035对应沟道刚刚对应沟道刚刚pinch off 的情况的情况:如果如果d端电位增加，则沟道端电位增加，则沟道pinch off 的情况变为的情况变为:thgsdsvvvthgsdsvvv2021-11-20362.3 二级效应二级效应2.3.1.体效应体效应通常通常,nmos的源极和的源极和p型衬底相连型衬底相连,处于同一电位处于同一电位,如图如图(a)所示所示.但

20、在实际电路中（特别是但在实际电路中（特别是analog电路中），一些器件会处于源电路中），一些器件会处于源极和衬底电位分离的状态。例如衬底接地，源极电位高于衬底；极和衬底电位分离的状态。例如衬底接地，源极电位高于衬底；或源极接地，衬底接上负电位，如图或源极接地，衬底接上负电位，如图(b):(a)(b)2021-11-2037的作用，衬底吸走更多的空穴，在沟道处留下更多不可动的的作用，衬底吸走更多的空穴，在沟道处留下更多不可动的负离子，由于栅的镜像作用，栅上出现更多的正电荷，这表负离子，由于栅的镜像作用，栅上出现更多的正电荷，这表明衬底在反型前明衬底在反型前 被提高了，也就是阈值电压被提高了，也

21、就是阈值电压 提高了提高了.以源极接地，衬底接负电位为例：以源极接地，衬底接负电位为例：假设假设 , 在反型沟在反型沟道出现之前道出现之前( )，沟，沟道处由于栅极电压出现耗尽道处由于栅极电压出现耗尽层。层。时，耗尽层中的电荷数量少些；时，耗尽层中的电荷数量少些；0bvbv当当 后后,由于由于0bvgvthv0dsvvthgvv 2021-11-2038这被称为这被称为body effect 或或back gate effect 或或substrate bia effect.(源极电位和衬底电位不同源极电位和衬底电位不同,引起阈值电压的变化引起阈值电压的变化)oxdepfmsthcqv2从从

22、的表达式来看的表达式来看:thvdepq增加了增加了,所以所以 提高了提高了.thv)22(0fsbfththvvv考虑体效应后，考虑体效应后，oxsubsicnq/22/14 . 03 . 0v其中体效应系数其中体效应系数对于对于nmos管，管，f为正为正,当当vb比比vs负时负时,vsb为正为正,vth提高提高.,(2.14)2021-11-2039实际应用中，实际应用中，vsb只会为正值，或只会为正值，或vb只会等于只会等于vs或或低于低于vs，vsb被称为被称为sourcebody 电势差。电势差。只不过一般是只不过一般是pmos管衬底接管衬底接vdd，源极电位等于或，源极电位等于或低

23、于低于vdd。故这时。故这时vsb为负值，为负值， 且且f为负为负 , 相应地相应地vth绝对值增加。绝对值增加。)22(0fsbfththvvv对对pmos管，管，2021-11-2040考虑图考虑图2.24(a)所示的电路所示的电路, vin变化时变化时, vout将怎样变将怎样变化？化？2021-11-2041由由 变化引起变化引起.mosfet工作于饱和区时工作于饱和区时,有效沟长有效沟长 为为2.3.2 沟长调制效应沟长调制效应lllllllllllll/11122)1 ()(21)(2122llvvlwcvvlwcithgsoxnthgsoxndldsv l这时这时,饱和区电流表达

24、式为饱和区电流表达式为vdvg0lvsthgsdsvvvl2021-11-2042由于由于 由由 变化引起变化引起,故令故令ldsvdsvll于是可得到考虑沟道长度调制效应的饱和电流方程：于是可得到考虑沟道长度调制效应的饱和电流方程：)1 ()(212dsthgsoxndvvvlwci考虑沟长调制效应后饱和区的跨导相应修改为：考虑沟长调制效应后饱和区的跨导相应修改为：)1 (2)1)(dsdoxndshtgsoxngsdmvilwcvvvlwcvig其中其中 是沟道长度调制系数是沟道长度调制系数,表示表示vds对沟道对沟道l产生产生作用的大小因子。作用的大小因子。(2.15)2021-11-2

25、043,在一定的在一定的 下下, 为定值为定值,于是有于是有关于沟长调制效应我们应关注的问题：关于沟长调制效应我们应关注的问题：dsvlldsvll由于由于反比于反比于 .dsdvi的曲线修正为：的曲线修正为：2021-11-2044器件进入饱和器件进入饱和区后，区后，id随随vds的的增加而增加。增加而增加。越靠近越靠近x轴的曲轴的曲线越平坦，越往线越平坦，越往上曲线越陡峭，上曲线越陡峭，增幅越大。增幅越大。从这个曲线可以从这个曲线可以看出：看出：2021-11-2045mos器件输出电阻与沟道长度的关系器件输出电阻与沟道长度的关系:由由(2.15)式求出输出电导式求出输出电导2)(21th

26、gsoxndsdvvlwcvi221)(21lvvwcvithgsoxndsdl12livrddsodthgsoxndsdoivvlwcvir1)(21112又因为又因为,故有故有或有输出电阻或有输出电阻以上分析表明以上分析表明: 在在(vgs vt)一定下一定下, 2lro而在而在id一定的情况下一定的情况下, lro因为因为(2.16)2021-11-2046重要结论重要结论:mos器件输出电阻与沟道长度有极大的关系器件输出电阻与沟道长度有极大的关系.在模拟电路放在模拟电路放大器设计中大器设计中,作为放大器件的作为放大器件的mos管及作为负载的管及作为负载的mos管管,应取应取较大的沟长较

27、大的沟长.特别是负载器件特别是负载器件,l更要大一些更要大一些.饱和区电流方程饱和区电流方程)1 ()(212dsthgsoxndvvvlwci表明一个表明一个mos器件的沟道电流由器件的沟道电流由vgs和和vds共同决定，但共同决定，但vds的的调节作用很微弱。作为恒流源的调节作用很微弱。作为恒流源的mosfet来说，恒流源由来说，恒流源由vgs决定，决定，vds对对id的调节只作为一种误差分析。的调节只作为一种误差分析。2021-11-20472.3.3 亚阈值导电性亚阈值导电性vvgs200mv后后,饱和区饱和区id-vgs平方律的特性变为指数的关系平方律的特性变为指数的关系:tgsdv

28、viiexp0亚阈值导电会导致较大的功率损耗。因此亚阈工作状态亚阈值导电会导致较大的功率损耗。因此亚阈工作状态一般不可取。只在一些特殊情况，如低速低功耗的电路一般不可取。只在一些特殊情况，如低速低功耗的电路（如数据纪录的电表、仪表电路等）才会用到。（如数据纪录的电表、仪表电路等）才会用到。是一个非理想因子。是一个非理想因子。(2.17)2021-11-2048前面内容复习前面内容复习2)(21thgsoxndvvlwci221)(dsdsthgsoxndvvvvlwci1.mos的的i/v特性特性thgsdsvvvthgsdsvvvthgsvva.,mos管截止管截止;thgsvvb.,mos

29、管导通管导通;当当时时,mos管工作在三极管区管工作在三极管区;时时,mos管工作在饱和区管工作在饱和区;当当2021-11-2049深三级管区导通电阻深三级管区导通电阻)(1thgsoxnddsonvvlwcivr饱和区跨导饱和区跨导thgsddoxnhtgsoxnmvviilwcvvlwcg22)(2021-11-20502.mos的二级效应的二级效应a.体效应体效应(背栅效应背栅效应)源与衬底电位不同源与衬底电位不同,引起阈值电压的变化引起阈值电压的变化(增加增加).)22(0fsbfththvvvb.沟长调制效应沟长调制效应 (饱和区饱和区, 引起引起 的现象的现象.)dsvl)1 (

30、)(212dsthgsoxndvvvlwcithgsddsdoxndshtgsoxngsdmvvivilwcvvvlwcvig2)1 (2)1)(2021-11-2051 c.亚阈值导电性亚阈值导电性 vgs200mv后后,饱和区饱和区id-vgs平方律的特性变为指数的关系平方律的特性变为指数的关系:tgsdvviiexp02021-11-20522.4 mos器件模型器件模型2.4.1 mos器件版图器件版图mosfet的版图由电路中的器件所要求的电特性和工艺要的版图由电路中的器件所要求的电特性和工艺要求的设计规则共同决定求的设计规则共同决定.每个晶体管的宽度和长度由电路设每个晶体管的宽度和

31、长度由电路设计决定计决定,而而l的最小值由工艺决定的最小值由工艺决定,版图中其他大多数尺寸受版图中其他大多数尺寸受设计规则的限制设计规则的限制.(最小宽度最小宽度,最小间距最小间距,最小包围最小包围,最小延伸最小延伸)2021-11-2053例例2.5 画出图画出图2.29(a)所示电路的版图所示电路的版图.2021-11-20542.4.2 mos器件电容器件电容v寄生电容模型参数寄生电容模型参数cox: 栅栅-沟道单位面积电容沟道单位面积电容cj: 单位结面积电容单位结面积电容,与电压有关与电压有关cjsw: pn结单位周长侧面电容结单位周长侧面电容cov: 单位栅宽覆盖电容单位栅宽覆盖电

32、容耗尽层单位面积电容由工艺参数算得耗尽层单位面积电容由工艺参数算得ewmbrjjvcc/1/02021-11-2055c1,栅和沟道之间的氧化层电容栅和沟道之间的氧化层电容c2,衬底和沟道之间的耗尽层电容衬底和沟道之间的耗尽层电容c3,c4,多晶硅栅与源漏的交叠电容多晶硅栅与源漏的交叠电容c5,c6,源源/漏区与衬底间的结电容漏区与衬底间的结电容于是我们可算出图中于是我们可算出图中c1-c6 分别为分别为:oxwlcc 1)4/(2fsubsinqwlcovwccc43jswjcewcewcc)(265ew2021-11-2056mos电容电容:u图中图中csb和和cdb为为s-b和和d-b结

33、电结电容容,即即csb=c5,cdb=c6;u图中图中cgb为串联的电容为串联的电容,即即u图中图中cgd和和cgs则与则与mos管的工管的工作状态有关作状态有关:)21/(21cccccgb沟道截止时，沟道截止时，cgs=cgd=wcov.triode 导通区，导通区，s，d沟道连成一片，将沟道连成一片，将c1各分一半则得各分一半则得cgd和和cgs. 即即triode区有区有cgs= cgd=wlcox/2+wcov.饱和区时饱和区时,cgd=c4=wcov ,ovoxoxgswcwlcwlccc323232021-11-2057于是可提出于是可提出cgs,cgd随随mos状态得变化图状态

34、得变化图:2021-11-2058作业v2.1, 2.2, 2.3, 2.4v2.5(a)(b)(c)v2.6(a)(b)(c)v每周日交作业,作业交到二教杨奇斌教授办公室,廖辉老师,联系电话159732035092021-11-20592.4.3 mos small-signal models 前面前面mos器件在各工作区的器件在各工作区的i/v特性所讨论的是电流和电压特性所讨论的是电流和电压在一个大范围内变化的特性在一个大范围内变化的特性.故称为大信号模型故称为大信号模型.通常我们研通常我们研究器件的工作区域究器件的工作区域(工作点工作点),输入输出范围输入输出范围,都属于大信号分都属于大

35、信号分析析.若我们的讨论只限于若我们的讨论只限于mos器件在某一工作点附近微小变器件在某一工作点附近微小变化的行为化的行为,称为小信号分析称为小信号分析.此时此时mos器件的工作模型称小信器件的工作模型称小信号模型号模型.2021-11-2060 mos管的交流小信号模型是以其直流工作点为基础的。由管的交流小信号模型是以其直流工作点为基础的。由于分析的是于分析的是mos管的交流小信号的响应，因此可以在工作点附管的交流小信号的响应，因此可以在工作点附近采用线性化的方法得出模型。小信号模型中的参数直接由直近采用线性化的方法得出模型。小信号模型中的参数直接由直流工作点的电流、电压决定。相同的流工作点

36、的电流、电压决定。相同的mos管在不同的直流工作管在不同的直流工作点处得到的小信号参数是不同的。交流模型反映的是点处得到的小信号参数是不同的。交流模型反映的是mos管对管对具有一定频率的信号的响应，它有别于具有一定频率的信号的响应，它有别于mos管的直流特性。直管的直流特性。直流模型和交流模型的关系如下图所示：流模型和交流模型的关系如下图所示：2021-11-2061mos器件是一个压控器件。以器件是一个压控器件。以nmos fet为例，它处于三个为例，它处于三个直流电压偏置状态：直流电压偏置状态：vgs 、vbs、vds。这三个偏置电压中任。这三个偏置电压中任意一个发生改变，都会引起器件沟道

37、电流的变化。电流变化意一个发生改变，都会引起器件沟道电流的变化。电流变化与电压变化的比率就是电导参数，因此，在小信号分析中我与电压变化的比率就是电导参数，因此，在小信号分析中我们必须借助于三个电导参数。们必须借助于三个电导参数。栅跨导栅跨导:衬底跨导衬底跨导:沟道电导沟道电导:contvvgsdmbsdsvig,contvvdsddsbsgsvig,contvvbsdmbgsdsvig,2021-11-2062(1) 不考虑二级效应时不考虑二级效应时,最简单的低频小信号模型最简单的低频小信号模型:dsdsbsmbgsmdscontvvdsdbscontvvbsdgscontvvgsddvgvg

38、vgvvivvivviibsgsgsdsbsds,gsmgscontvvgsddvgvviibsds,(2.19)(2.18)2021-11-2063(2)考虑沟长调制效应后模型考虑沟长调制效应后模型:dsdsgsmdscontvvdsdgscontvvgsddvgvgvvivviibsgsbsds,)1 ()(212dsthgsoxndvvvlwciodddsriiv1注注: 器件模型中会给出器件模型中会给出,所给出的所给出的为特征尺寸下的为特征尺寸下的值值.不同的沟长不同的沟长mos器件器件不同不同,因因1/l.由由(2.18)知某一给定知某一给定mos器件器件,工作直流偏置越大工作直流偏置越大,输出电阻越小输出电阻越小.(2.20)2021-11-2064(3) 同时考虑沟道调制效应和同时考虑沟道调制效应和body效应效应,模型为模型为:其中其中vbs