MOS晶体管原理与特性
MOS晶体管原理与特性
- 一、工作区域
- 二、长沟道晶体管的I-V特性
- I-V特性表达式为
- I-V特性表现图为
- 三、非理想晶体管的I-V效应
- 四、晶体管的C-V特性
- 栅电容Cg
- 覆盖电容Cgol
- 扩散电容Csb、Cdb
一、工作区域
MOS管有三种状态工作区域:
- 截止区
- 线性区
- 饱和区
以nMOS管为例:(Vgs为栅极与源级间的电压,Vt为截止电压,Vgd为栅极与漏级间的电压,Vds为源级与漏级间的电压)
如果Vgs<Vt时,晶体管为截止区;
如果Vgs>Vt时,晶体管为导通,并Vds较小,晶体管处于线性区,因为此时电流Ids与电压Vds成正比;
如果Vgs>Vt时,并Vds较大时,晶体管处于饱和区,因为此时电流Ids与电压Vds成无关;
例图如下:
当Vgd=Vgs,即Vds=0时,源级与漏级两端的沟道厚度相同;当Vgs>Vgd>Vt,即0<Vds<Vgs-Vt时,漏级沟道变薄;当Vgd<Vt,即Vds>Vgs-Vt时,漏级沟道夹断,并沟道长度变短。
pMOS管与nMOS管工作方式相反。
二、长沟道晶体管的I-V特性
长沟道晶体管的I-V特性也可称为理性型晶体管的I-V特性,因为没有考虑在高电场下引起的迁移率退化和速度饱和。
I-V特性表达式为
详细过程请看《cMOS超大规模集成电路设计》(第四版)的2.2节。
I-V特性表现图为
三、非理想晶体管的I-V效应
从图中可以看到饱和电流随Vgs的增长小于平方律的增长。这是由两个效应引起的:速度饱和与迁移率退化。当横向电场强度(Vds/L)很大时,载流子速度不再随场强线性增加。这称为速度饱和,它使Ids在Vds较大时小于预期值。当纵向电场强度(Vgs/tox)很大时,载流子由于经常发生散射而偏离栅氧界面,这使它们沿沟道方向的进程减慢。这一迁移率退化的效应也使电流在V较大时小于预期值。非理想晶体管的饱和电流也会随Va的增加而增大一些。这是由沟长调制引起的,因为较高的Vds加大了漏极附近的耗尽区,因而在实际上缩短了沟道长度。
阈值电压是表示使沟道反型所需要的栅电压,因而它主要由栅氧厚度和沟道掺杂浓度决定。但晶体管中的其他电场也会对沟道产生某些影响,即实际上它们也会改变阈值电压。例如,加大源和体之间的电压将会由于体效应使阈值电压提高,加大漏极电压将会由于漏致势垒降低(DIBL)使阈值电压降低,而加大沟道长度将会由于短沟道效应使阈值电压增加。
有几个泄漏原因使在名义上关断的晶体管中仍有电流流过。当Vgs<Vt时,电流将按指数方式下降而不是立即变为0,这称为亚阈值导电。理想上进入栅极的电流Ig为0。但由于栅氧厚度已减小到只有几个原子层的厚度,因此电子可以隧穿到栅中引起某些栅泄漏电流。虽然源和漏扩散区通常是反向偏置的二极管,但它们也有进人衬底或阱的结泄漏电流。
迁移率和阈值电压都随温度升高而减小。对于充分导通的晶体管,迁移率的影响往往是主要的,这使在高温下L减小。而对于关断的晶体管,阈值电压的影响是最重要的,因而高温下的泄漏电流较大。总之,MOS管的特性随温度升高而变差。
由于这些一些列效应,使I-V效应变得复杂,很难对其进行计算,因此需要用到SPICE或类似的软件进行模拟。
四、晶体管的C-V特性
MOS晶体管的每一个端口对其他的端口间都有电容。一般来说,这些电容都是非线性的并且与电压有关(C-V)。
电容可分为:栅电容Cg和扩散电容Csb、Cdb。
栅电容Cg
栅电容Cg 又由本征电容Cgc和覆盖电容Cgol两部分组成。
本征电容Cgc 又由本Cgb(栅与体)和Cgs(栅与源)、Cgd(栅与漏)三部分组成。
在长沟道nMOS管中,对扩散电容对其影响很小,在不考虑覆盖电容时,MOS管的栅电容的近似情况为:
图中
覆盖电容Cgol
覆盖电容Cgol又分为Cgsol(栅与源覆盖部分)和Cgdol(栅与漏覆盖部分)。
在短沟道晶体管中,覆盖电容对其影响就较大了。所以,在实际器件中,总的栅电容需由本征电容和覆盖电容相加得到。
扩散电容Csb、Cdb
扩散电容Csb为源级扩散区与体之间的p-n结形成了跨在耗尽区上的寄生电容。这一电容同时取决于源扩散区的面积( area)AS和侧壁周长( sidewall perimeter)PS.
漏极扩散区具有类似的寄生电容,它的大小与AD、PD和V。有关。pMOS晶体管也有同等的关系式,但掺杂浓度不同。
MOS晶体管原理与特性相关推荐
- MOS管工作原理及特性
转载于:http://www.elecfans.com/d/826748.html 什么是MOS管? MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field ...
- 浅析MOS管工作原理及特性
什么是MOS管? MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),即金属氧化物半导体型场效应管,属于场效应管中的 ...
- 超级简单的理解MOS晶体管的工作原理
MOS管的全称是 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (金属氧化物半导体场效应晶体管) 如图所示这是一个N沟道的MOS晶体管,一共有三个 ...
- MOS管开关电路应用及MOS管原理、选型
目录 硬件基础-MOS管原理.使用.开关电路应用 0.写在前面: 1.MOS管基本原理及分类 1.1.MOS管分类 1.2.MOS管导通原理 1.3.MOS管输出特性曲线 1.4.MOS管的转移特性 ...
- CMOS晶体管原理(数字电路)
CMOS晶体管原理(数字电路) 数字芯片的物理材料 以硅为材料,参杂V族或者III族,变成N型半导体或者P型半导体 PN结 P端给高电压N端给低电压可以导通,具有单向性 NMOS管-body是p型两端 ...
- 二极管、三极管、场效应管的原理及特性
前段时间回顾了二极管.三极管.场效应管的原理及特性,今天突发兴致想总结下它们的结构及原理!由于细细写来信息量还是挺大,所以主要是对管子的特性进行了分析以及他们的横向对比.;-) 一.半导体二极管 定义 ...
- mos 控制交流_功率半导体器件之MOS晶体管
MOS晶体管 MOS晶体管全称是MOS型场效应晶体管,简称MOS管.其中MOS的全称是Matel Oxide Semiconductor,即金属氧化物半导体.这种晶体管结构简单,几何尺寸可以做得很小, ...
- 测量功率MOS,IGBT动态特性的双脉冲方法
▌01 动态特性 近期,关于用于全国大学生智能车节能信标组的 100W无线充电系统 正在测试.使用 MOS半桥 作为发送线圈的功率驱动电路.由于半桥电路中MOS管的功率消耗主要发生在开关管的动态切 ...
- I2C原理及特性总结
第一次写博客好激动,以下均为自学所悟,如有不对的地方,大家多多指教 以下为正文 I2C 原理及特性总结 I2C总线是由Philips公司开发的一种简单.双向二线制同步串行总线.它只需要两根线即可在连接 ...
最新文章
- ubuntu截图工具
- c#判断输入textbox是否为数字
- 阿里影业授出1672.5万份购股权
- Spring Boot Admin工程搭建(Eureka)
- 金蝶kis商贸采购单商品代码_金蝶大包装小包装多单位计量单位换算关系用法,看了这个秒懂...
- Jetson TK1 一:调整屏幕分辨率
- 网络驱动器映射成功但无法更新文件_FTP映射网络驱动器-ExpanDrive for mac
- TOGAF 企业连续系列
- VS Code好看的主题
- 红米 android8 刷机,【红米6 安卓8.1线刷包】MIUI V9.6.7.0.OCGCNFD稳定版 线刷精简包...
- git submodule拉取子模块最新代码
- QX2601液晶手写板擦写板专用IC芯片
- 用正则去掉代码前面附带的数字序号
- Paper之RegNet:《Designing Network Design Spaces》的翻译与解读—2020年3月30日来自Facebook AI研究院何恺明团队最新算法RegNet
- java ews appointment_EWS API 2.0读取日历信息-读取内容注意事项
- TB-RK1808M0最新固件烧录和驱动更新
- 北美科技公司“隐藏福利”大盘点:看完我彻底酸了...
- ExecuteNonQuery()的用法
- 最优化方法:非线性方程的求极值方法
- 中兴通讯事件的警示和教训