MOS管阈值电压和IV概要

第5讲MOS管的理论公式MOS管阈值电压的物理学定义定义使沟道中反型载流子浓度与衬底中多数载流子浓度相等时所需要的栅源电压定义为阈值电压。推导阈值电压时的外部连接和内部状态源漏区都接地，沟道刚刚产生，厚度忽略。推导思路如何使栅氧化层与半导体接触面的表面势与衬底材料的静电势大小相等，方向（符号）相反。NMOS管的体（P型）的静电势为使表面势为-Vfp（正数）需要施加的栅源电压即阈值电压。推导阈值电压需考虑的各种因素考虑接触电势差和表面附加电荷体接源极（VSB=0）时的公式VSB为0时的阈值电压公式其中Vms是多晶硅栅与体之间的电势差考虑体电位的阈值电压公式完整公式如下此公式对电路设计者的意义阈值电压与温度有关。阈值电压与体电位有关。阈值电压与工艺偏差有关。研究阈值电压与温度的关系的文件*------例6:ST02工艺NMOS阈值电压分析------------*------------------------------------------------.optionpost=2$输出波形文件*------------------------------------------------.optionsearch="d:/hspice2011/libs"$指定库路径*------------------------------------------------.lib"st02.lib"tt$指定模型库和入口*------------------------------------------------.temp25$指定环境温度*------------------------------------------------m1ndngnsnbmnw=20ul=0.5uvgnggnd1vdndgnd5vsnsgnd0vbnbgnd0*------------------------------------------------.printdci1(m1)$记录m1第一个节点的电流*------------------------------------------------.dcvg0.410.01sweeptemp-408510.printLV9(m1).end阈值电压与温度的关系利用SPICE模型给出的VTH别名的仿真分析文件*---例8:NMOS阈值(别名）与温度关系分析--------*------------------------------------------------.optionpost=2$输出波形文件*------------------------------------------------.optionsearch="d:/hspice2011/libs"$指定库路径*------------------------------------------------.lib"st02.lib"tt$指定模型库和入口*------------------------------------------------.temp25$指定环境温度*------------------------------------------------m1ndnggndnbmnw=20ul=0.5uvgsnggnd1vdsndgnd1vbsnbgnd0*------------------------------------------------.printdci1(m1)$记录m1第一个节点的电流*------------------------------------------------.dctemp-40851.printLV9(m1).end阈值电压随温度变化曲线实验结果阈值电压随温度升高而下降。在VGS和VDS不变时，ID随温度升高而升高。阈值电压与体电位的关系注意：下图中VBS最高只能加到0.5V。体电位对阈值电压影响的仿真文件*---例7:NMOS阈值(别名）与体电位关系分析--------*------------------------------------------------.optionpost=2$输出波形文件*------------------------------------------------.optionsearch="d:/hspice2011/libs"$指定库路径*------------------------------------------------.lib"st02.lib"tt$指定模型库和入口*------------------------------------------------.temp25$指定环境温度*------------------------------------------------m1ndnggndnbmnw=20ul=0.5uvgsnggnd1vdsndgnd0vbsnbgnd0*------------------------------------------------.printdci1(m1)$记录m1第一个节点的电流*------------------------------------------------.dcvbs-10.50.1.printLV9(m1).end阈值电压与VBS关系曲线体电位的作用记忆方法：“体相当于另一个栅，VBS与VGS对ID的作用方向相同”【拉扎维】。问题：ID1与ID2哪个大？MOS管IV特性方程IV特性即ID与VGS和VDS之间的方程长沟道MOS管的IV特性方程线性区：沟道未夹断考虑沟道中间与源区距离为y的一个“小块”计算电荷面密度考虑沟道中间的一个小块的平面图。如果该小块沟道中电子总数为N，则单位面积电荷为单位面积电荷可由单位面积电容和电压得出Y点附近单位面积栅氧化层、沟道和耗尽层中中的电荷为的电荷。单位面积氧化层电容漏极电流计算输运方程（晶体管原理）Jn

是电流密度，E是电场，Dn是扩散系数，µn是电子迁移率，n是电子浓度，q是电子的电荷量。是浓度梯度。从漏极电流密度Jn开始计算假设沟道中电子浓度相同，忽略扩散作用，则ID等于电流密度乘以截面积。截面积等于W乘高度h(y)。替换公式中的浓度n浓度等于电子数N除以体积。接上页定义跨导参数积分后得到线性区方程处于线性区的条件线性区方程线性区方程的另一种表示法为便于记忆，定义于是，线性区方程可以写为处于饱和区的NMOS管饱和区方程线性方程中，ID有最大值，当VDS=VGS-VTHN时，ID最大.这个公式是最简单的饱和区公式，按此公式饱和区曲线是水平的。为什么饱和后ID仍随VDS增