西北工业大学 模集实验一 MOS管特性分析

1、实验一 MOS管特性分析一、 执行示例中的仿真程序，给出仿真结果。并在NMOS的栅源电压为1.2V时，PMOS源栅电压等于1.2V时，分别仿真得出二者漏电流特性曲线。这种情况下，手工计算出对于NMOS，当VDS=1V时漏电流、跨导的值；对于PMOS VSD=1V时漏电流、跨导的值。并与仿真结果比较。 沟道长度设置为1u，观察器件的漏电流有怎样的变化？1. 仿真例示程序结果如图：电流i(M1)i(M2)波形如图；M1、M2跨导波形如图；.sp代码截图：2. 在NMOS的栅源电压为1.2V时，PMOS源栅电压等于1.2V时，仿真得到漏电流如图所示：仿真得到的两者的漏电流如图所示；nmosVDS=1

2、V时，仿真结果得到电流值为5.43*10-5uA,跨导值为0.000217u；PmosVDS=-1V时，仿真结果得到电流值为-1.15*10-5uA,跨导值为5.76*10-5u；.sp代码截图：手工计算：NMOS：根据已知条件VGS=1.2V;VDS=1V;根据所给模型中的参数：沟道迁移率为：350cm2V/s沟道长度调至系数为：0.1V-1 根据Cox=oxtox且tox=50×10-10时，Cox=6.9fF/m2计算出COX=3.8333fFm2；由电压VBS=0V知此时不存在体效应，NMOS工作在饱和区，故饱和区电流及跨导公式为ID=12nCoxWLVGS-VTH21+VD

3、SgmN=2nCoxWLID1+VDS计算得：ID=12×134.1666×2×1.2-0.72×1+0.1×1=36.896A； gmN=2×134.1666AV2×2×36.896A×1+0.1×1=1.4758×10-4SPMOS:根据已知条件VGS=-1.2V;VDS=-1V;根据所给模型中的参数：沟道迁移率为：100cm2V/s沟道长度调至系数为：0.2V-1 根据Cox=oxtox且tox=50×10-10时，Cox=6.9fF/m2计算出COX=3.8333fF

4、m2；由电压VSB=0V知此时不存在体效应，PMOS工作在饱和区，故饱和区电流及跨导公式为ID=-12pCoxWLVGS-VTH21+VSDgmP=2pCoxWL|ID|1+VSD计算得：ID=-12×38.3333×2×-1.2+0.82×1+0.2×1=-7.360AgmP=2×38.3333AV2×2×7.360A×1+0.2×1=0.368×10-4S与仿真结果对比发现结果基本相同。3. 沟道长度设置为1u,仿真结果如图；从图中可以发现，nmos电流为2.2*10-5pmos电

5、流为-4.49*10-6.sp代码截图：二、 对课本34页，习题2.5进行仿真分析。给出手工分析结果和仿真结果。1. 电路结构如图仿真波形如图所编写的.sp代码如图：分析：如图示，NMOS连接的二极管器件在Vx的变化下发生变化，NMOS始终工作在饱和区，Vx变化范围为0-1.5V,故栅源电压变化范围为3V-1.5V，根据饱和区电流及跨导公式：ID=12nCoxWLVGS-VTH21+VDSgmN=2nCoxWLID1+VDS=2IDVGS-VTH漏电流与跨导变化应为单调递减，与仿真结果相同。2. 电路结构如图仿真波形如图所编写的.sp代码如图：分析：由图知根据nmos各端口电压值知，当VX变化

6、时晶体管会发生源漏反转现象，故电路存在两个工作状态。第一个工作状态，当VX<1V时，VX所连接处视为源极。所以当VX从0V升高时，漏电流逐渐减小。由于漏电流和VDS都在减小，故跨导也减小。中间工作状态，当VX接近1V时，由阈值电压表可知此时阈值电压接近0.8934V，则可以得出过驱动电压VOD=VGS-VTH=6.6mV，十分微小，且VDS几乎为零，晶体管处于临界导通的深线性区，漏电流极其微小，经过手工计算结果只有20nA左右。第二工作状态，当VX>1V时，VX所连接处视为漏极。由于此时VSB=1固定不变，则VTH=0.8934，过驱动电压VOD=6.6。随着VX的升高，晶体管从深

7、线性区逐渐进入饱和区，漏电流和跨导逐渐增大。与上面仿真图对比，仿真结果与我们的推测完全相同。3. 电路结构如图仿真波形如图所编写的.sp代码如图：分析：如图，图中源级电压为1.9V，栅极电压为1V,故图中标识的源级其实是nmos的漏级，故Vx在0.3Vnmos导通，且一定工作在饱和区，其他电压下noms均不导通，电流为零。与上面仿真图对比，仿真结果与我们的推测完全相同。4. 电路结构如图仿真波形如图所编写的.sp代码如图：分析：如图知当VX变化时Pmos会发生源漏反转现象，故分析分为两个部分。当VX<1.9V时，VX所连接处视为漏极。此时VBS=1.1V，PMOS截止。当VX>1.

8、9V时，VX所连接处视为源极。刚开始PMOS仍旧截止。当VX约为2V时，VBS=1V，此时VGS=-1V，晶体管导通且处于饱和区。随后随着VX的升高，体效应逐渐减弱，阈值电压的绝对值|VTH|减小，晶体管导通程度变大，并且即将进入线性区，电流的绝对值逐渐增大，跨导同时增加与上面仿真图对比，仿真结果与我们的推测完全相同。5. 电路结构如图仿真波形如图所编写的.sp代码如图：分析：如图示，Vx加在衬底上，故此时电路会受到严重的体效应的影响。当VX=0V时，VSB=1V，通过查询阈值电压表得到此时阈值电压为VTH=0.8934V，过驱动电压VOD=6.6mV，故虽然此时NMOS工作在饱和状态下，但此时NMOS漏电流极小。当VX<1V时，源极和衬底之间的pn结反偏，器件尚能工作。随着VX的增加，体效应减弱，阈值电压降低，漏电流和跨导都增大，