第二章 MOS器件物理基础MOSFET开关N型MOSFET导通时VG的值(阈值电压)？ 源漏之间的电阻？ 源漏电阻与各端电压的关系？ MOSFET的结构衬底Ldrawn：沟道总长度Leff：沟道有效长度， Leff Ldrawn2 LDMOSFET的结构LD：横向扩散长度（bulk、body）tox : 氧化层厚度源极：提供 载流子漏极：收集 载流子MOSFET ： Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor CMOS : 互补MOS n型MOSFET ：载流子为电子 p型MOSFET ：载流子为空穴阱： 局部 衬底MOS管正常工作的基本条件MOS管正常工作的基本条件是:所有衬源（B 、S）、衬漏（B、D）pn结必须反偏寄生二极管同一衬底上的NMOS和PMOS器件寄生二极管*N-SUB必须接最高电位VDD！*P-SUB必须接最低电位VSS！ *阱中MOSFET衬底常接源极SMOS管所有pn结必须反偏:例：判断制造下列电路的衬底类型n型衬底p阱 p型衬底n阱MOS晶体管符号NMOS晶体管工作原理导电沟道形成VGSVT、VDS=0VGSVT、 0VT、VDSVGS-VT称为饱和区NMOS器件的阈值电压VTH(a)栅压控制的MOSFET (b)耗尽区的形成(c)反型的开始 (d)反型层的形成 形成沟道时的VG称为阈值电压记为VTMS：多晶硅栅与硅衬底功函数之差 Qdep耗尽区的电荷,是衬源电压VBS的函数Cox：单位面积栅氧化层电容2F：强反型时的表面电势k：玻耳兹曼常数 q：电子电荷 Nsub：衬底掺杂浓度 ni： 本征自由载流子浓度 si：硅的介电常数阈值电压调整：改变沟道区掺杂浓度。NMOS沟道电势示意图(0VGS-VT沟道电阻随VDS 增加而增加导 致曲线弯曲曲线开始斜 率正比于 VGS-VTVDSVTHVDSVTHVDS Vgs - VTHMOS管饱和的判断条件NMOS饱和条件：VgsVTHN；VdVg-VTHNPMOS饱和条件: Vgs1,是一个非理想因子)MOS管亚阈值导电特性的Pspice仿真结果VgSlogID仿真条件： VT0.6 W/L100/2MOS管亚阈值电流ID一般为几十几百nA, 常用于低功耗放大器、带隙基准设计。MOS器件模型MOS器件版图MOS电容器的结构MOS器件电容C1:栅极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C3,C4栅极和有源区交叠电容C5,C6有源区和衬底之间的结电容栅源、栅漏、栅衬电容与VGS关系1) VGS VTH VDS VTH VDS VGS VTH饱和区栅源、栅漏电容随VGS的变化曲线NMOS器件的电容-电压特性积累区强反型减小MOS器件电容的版图结构对于图a:CDB=CSB = WECj + 2(W+E)Cjsw 对于图b: CDB=(W/2)ECj+2(W/2)+E)CjswCSB=2(W/2)ECj+2(W/2)+E)Cjsw= WECj +2(W+2E)Cjsw 栅极电阻MOS 低频小信号模型完整的MOS小信号模型作业： 2.1,2.2,2.5,2.9,2.15实验 熟悉HSPICE环境及MOS晶体管特性在Windows下Tanner环境下SPICE的使用 任务： 1)完成NMOS和PMOS晶体管I-V特性的仿真,包括A W,L不变，在不同的Vgs下，Ids与Vds关系B W,L不变，在不同的Vds下，Ids与Vgs关系C Vgs不变，在不同的W/L下，Ids与Vds关系 2) 习题2.5b 3) 衬底调制效应的仿真：习题2.5e 时间 4小时 实验报告要求画出各个曲线，上交电子版。 例：求下列电路的低频小信号输出电阻( 0)例：求下列电路的低频小信号输出电阻( 0)例：求下列电路的低频小信号输出电阻( 0)小信号电阻总结（0）对于图（A）：对于图（B）：对于图（C）：例：若W/L50/0.5，|ID|500uA，分别求: NMOS 、PMOS的跨导及输出阻抗以及本征增益gmr0 （ tox=9e-9 n=0.1, p=0.2 , n= 350cm2/V/s, p= 100cm2/V/s ） tox=50 , Cox6.9fF/m2(1 =10-10 m, 1fF= 10-15 F) tox=90 , Cox6.9*50/90=3.83fF/m2同理可求得PMOS的参数如下：gmP 1.96mA/V ，r0P 10K ，gmP r0P 19.6本章基本要求1. 掌握MOSFET电流公式及跨导公式。2. 掌握MOSFET小信号等效电路。3. 掌握MOSFET的二阶效应、用作恒流 源的结构特点及其饱和的判断条件。4. 掌握MOS管的开关特性。