模拟CMOS 第2章 MOS器件物理基础
文章目录
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- 模拟CMOS 第2章 MOS器件物理基础
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- 2.1 基本概念
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- 2.1.1 MOSEFT开关
- 2.1.2 MOSEFT结构
- 2.1.3 MOS符号
- 2.2 MOS的I/V特性
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- 2.2.1 阈值电压
- 2.3 二级效应
- 2.4 MOS器件模型
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- 2.4.1 MOS器件版图
- 2.4.2 MOS器件电容
- 2.4.3 MOS小信号模型(不懂)
- 2.4.4 MOS SPICE模型
- 2.4.5 NMOS与PMOS器件的比较
- 2.4.6 与短沟器件的比较
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2.1 基本概念
2.1.1 MOSEFT开关
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- 如上图所示，MOS设备有三个端口(实际上有四个)S（源）D（漏）G(栅)，其中S和D可以交换(对称)
- 当VG是高电平，S与D相连。
- 当VG是低电平，S和D断开。
2.1.2 MOSEFT结构
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NMOS：
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可以看到我在栅极（G）我从另一个版本中听说过金属铝。书中的这一层是多晶硅（无定形硅，可导电）。解释是很久以前使用的金属和近用的多晶硅。
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所谓n型区，就是参杂硅，如参杂磷元素-多出许多自由电子。
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Ldrawn:沟道总长度
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LD :横向扩散长度
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Leff:沟通的有效长度
- Leff = Ldrawn- 2 LD
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对上图(介绍NMOS这个)衬底引脚问题，实际链接是通过一个p
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PMOS
- 对于PMOS，我们可以参考NMOS，只需将p型衬底改为n型衬底，n将型区改为为p型区。书中的描述是:所有参杂类型都被逆转。
- 但实际上，因为NMOS和PMOS需要在同一个芯片上做同一个芯片（CMOS同时用它们两个)，所以一定要有局部衬底，如下图b所示，学名陷阱
2.1.3 MOS符号
- - a）是四只脚画出来的状态 - b）常用，省略衬底（B）的表示方法 - c）用开关代表数字电路N/P MOS
2.2 MOS的I/V特性
- 参考课程
- 笔记如下：
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基于此，我试着复述拉书中的相应部分，最后给出公式推导
2.2.1 阈值电压
- - 图对应笔记的第一章，ab图是指在ds（俩n ）极不加电压(或很小)，Ugs此时加电压PN结会扩散到绝缘层下部(和左右)PN连在一起)，但没有到达Ug(th)=Ug(某个阈值)，只有耗尽层，没有沟(反型层)。 - cd图中描述了反型层的形成(随着Ug增大）
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关于I/V特征可以得到上图的曲线，对应笔记中的第二章，
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也就是因为我们是对的Uds增加电压，一开始，沟等于电阻，但因为Uds当达到一定值时，导致左右电压差异（Ugth=Ug-Uds）就会发生预夹断现象
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当Uds当它继续扩大时，它被切断得更多。此时，恒流区-增加Uds抵消了沟增加的电阻值
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于是有了这张关系图的开头，他说明恒流区的电流大小于Ug有关(由其决定)
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2.3 二级效应
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参考笔记
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- 书中的描述是：当VB<当时英道衬底电极会有更多的空穴，同时会留下大量的负电荷-耗尽层变宽。
- 参考笔记中的描述如下：MOS管是三极管，但在实际的芯片物理结构中，这种三极管是在衬底上做的，衬底是电路的载体，。在芯片中，由于金属非常薄，金属本身的电阻不容忽视，而不是金属的衬底电阻率更大，这些都应该被视为理想的导体。这导致了零电位
- 所以我的理解是，身体效应导致耗尽层变宽，需要更大VG。
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- 随着VDS随着沟渠的增加，沟渠被切断，实际上是**有载流子的部分变小了。**和负载电阻一样，这个电阻也需要分流(即ID会增大），
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因此，公式必须改写：
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- 随着VDS随着沟渠的增加，沟渠被切断，实际上是**有载流子的部分变小了。**和负载电阻一样，这个电阻也需要分流(即ID会增大），
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当VGS<=VTH当时还有一些ID,它并非是无限小的，当VDS>200mV有公式：
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<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/e1418e3f50f5351ec8f3970b85810bc4.png#pic_center alt=“image-20210222224705162” style=“zoom:50%;” />
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- <>：
- VDS过大会击穿。
2.4 MOS器件模型
2.4.1 MOS器件版图
2.4.2 MOS器件电容
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MOS的四个端子中任意两个存在电容
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1、栅和沟道之间的氧化电容：C1=WLCox
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2、衬底和沟道之间的耗尽层电容：C2=
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3、多晶硅栅与源/漏的交叠而产生的电容C3/C4，通常需要复杂的计算得到，每单位的交叠电容用Cov表示
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4、源/漏区与衬底之间的电容（图b），分为Cj和Cjsw,分别表示单位面积和单位长度的电容
- 每个结电容都可以表示为，式中VR是反向电压，是结电容的内建电势，幂指数m的值一般在0.3-0.4之间
2.4.3 MOS小信号模型（不懂）
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首先什么是小信号模型：阈值相对的是大信号模型，这
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这里再提一下gm（手写笔记最后一个公式）：跨导，表达的是该NMOS管，NMOS将电压转化成电流的能力的大小，定义为漏电流的变化量除以栅源电压的变化量。
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2.4.4 MOS SPICE模型
- spice建模，参数：
2.4.5 NMOS与PMOS器件的比较
- PMOS器件的性能比NMOS差
- 对于给定器件尺寸和偏置电流，NMOS晶体管呈现出较高的输出电阻，为放大器提供了更理想的电流和更高的增益
2.4.6 长沟道器件与短沟道器件的比较
- 本章公式对与长沟道器件有效，但对于短沟道器件需要修正。