MOS器件物理基础课件.ppt

《MOS器件物理基础课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MOS器件物理基础课件.ppt（79页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、Chapter 2 MOS器件物理基础器件物理基础本章内容本章内容nMOSFET 的的I-V 特性特性nMOSFET 的二级效应的二级效应nMOSFET 的结构电容的结构电容nMOSFET 的小信号模型的小信号模型1/15/20232绝缘栅型绝缘栅型场效应管场效应管MOSFET绝缘栅型绝缘栅型增强型增强型(常闭型常闭型)耗尽型耗尽型(常开型常开型)N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道Insulated Gate Field Effect TransistorMOS管：管：Metal Oxide Semiconductor 利用栅源电压的大小控制半导体表面的感生电荷的多利用栅源电压的大小控制

2、半导体表面的感生电荷的多少，从而改变沟道电阻，控制漏极电流的大小。少，从而改变沟道电阻，控制漏极电流的大小。1/15/20233 N沟道增强型沟道增强型MOSFET1.结构结构 1/15/202342.工作原理工作原理耗尽层加厚耗尽层加厚uGS 增加增加反型层反型层吸引自由电子吸引自由电子栅极聚集正电荷栅极聚集正电荷排斥衬底空穴排斥衬底空穴剩下负离子区剩下负离子区 耗尽层耗尽层漏源为背对的漏源为背对的PN结结 无导电沟道无导电沟道 即使即使开启电压开启电压 ：沟道形成的栅源电压。：沟道形成的栅源电压。(1)对导电沟道的影响对导电沟道的影响.+1/15/20235(2)对对 的影响的影响.线性增

3、大线性增大沟道从沟道从s-d逐渐变窄逐渐变窄 沟道沟道预夹断预夹断夹断区延长夹断区延长 几乎几乎不变不变 恒流区恒流区1/15/202363.特性曲线与电流方程特性曲线与电流方程 1/15/20237FET放大电路的动放大电路的动态分析态分析一、一、FET的低频小信号等效模型的低频小信号等效模型1/15/20238gm与与rds的求法的求法1/15/20239gm与与rds的求法的求法1/15/202310二、基本共源放大电路的动态分析二、基本共源放大电路的动态分析1/15/2023112.1 MOSFET的基本概念的基本概念2.1.1 MOSFET开关开关阈值电压是多少？当器件导通时，漏源之

4、间的电阻阈值电压是多少？当器件导通时，漏源之间的电阻有多大？这个电阻与端电压的关系是怎样的？总是有多大？这个电阻与端电压的关系是怎样的？总是可以用简单的线性电阻来模拟漏和源之间的通道？可以用简单的线性电阻来模拟漏和源之间的通道？器件的速度受什么因素限制？器件的速度受什么因素限制？1/15/2023121.MOSFET的三种结构简图的三种结构简图图图2.1 NMOS FET结构简图结构简图2.1.2 MOSFET的结构的结构1/15/202313图图2.2 PMOS FET结构简图结构简图1/15/202314图图2.3 CMOS FET的结构简图的结构简图1/15/2023152.MOS FE

5、T结构尺寸的通用概念结构尺寸的通用概念W:gate widthLdrawn(L):gate length(layout gate length)Leff:effective gate lengthLD:S/D side diffusion lengthW/L:aspect ratioS,D,G,B:source,drain,gate,body(bulk)1/15/2023163.MOS FET 的四种电路符号的四种电路符号GDSBGSDBNMOSPMOS(d)1/15/2023172.2 MOS的的I/V特性特性2.2.1.阈值电压阈值电压n先看先看MOS器件的工作原理器件的工作原理:以以NM

6、OS为例来分析阈值电压为例来分析阈值电压产生的原理产生的原理.(a)VGS=0 1/15/202318在在(a)图图中中，G极极没没有有加加入入电电压压时时，G极极和和sub表表面面之之间间，由由于于Cox的的存存在在，构构成成了了一一个个平平板板电电容容，Cox为为单单位位面面积积的的栅氧电容栅氧电容;(b)VGS0 (c)在在栅栅极极加加上上正正电电压压后后，如如图图(b)所所示示，P-sub靠靠近近G的的空空穴穴就就被被排排斥斥，留留下下了了不不可可动动的的负负离离子子。这这时时没没有有导导电电沟沟道道的的形形成成，因因为为没没有有可可移移动动的的载载流流子子，G和和衬衬底底间间仅仅形形

7、成成了了氧氧化化层层电电容容和和耗耗尽尽层层电电容容的的串连串连,如图如图(c)所示。所示。1/15/202319（d）当当VG继继续续增增加加，界界面面电电势势达达到到一一定定值值时时，就就有有电电子子从从源源极极流流向向界界面面并并最最终终到到达达漏漏极极，导导电电沟沟道道形形成成，晶晶体体管管打打开开。如如图图（d）所所示示。这这时时，这这个个电电压压值值就是就是“阈值电压阈值电压”.(d)功函数差功函数差费米势费米势,MOS强反型时的表强反型时的表面势为费米势的面势为费米势的2倍倍耗尽区电荷耗尽区电荷(2.1)1/15/202320PMOS器件的导通器件的导通:与与NFETS类似类似,

8、极性相反极性相反.1/15/2023212.2.2 I/V特性推导特性推导Iv我们用一个电流棒来辅助理解电流的概念我们用一个电流棒来辅助理解电流的概念.当沿电流方向的电荷密度为当沿电流方向的电荷密度为Qd(C/m)的电荷以速度的电荷以速度v沿电流沿电流方向移动时方向移动时,产生的电流为产生的电流为(2.2)1/15/202322 NMOS 沟道的平板电容近似与沟道电荷分布沟道的平板电容近似与沟道电荷分布若若将将MOS结结构构等等效效为为一一个个由由poly-Si和和反反型型沟沟道道构构成成的的平平板板电电容容。对对均均匀匀沟沟道道，当当VD=VS=0时时，宽宽度度为为W的的沟沟道道中中，单单位

9、位长度上感应的可移动电荷量为长度上感应的可移动电荷量为式中式中Cox为栅极单位面积电容，为栅极单位面积电容，WCox为单位长度栅电容为单位长度栅电容.(2.3)1/15/202323如果从如果从S到到D有一电压差有一电压差VDS，假设平板电容在，假设平板电容在L方向上方向上x点的点的电位为电位为V(x),如上图所示如上图所示则有则有:(2.4)电荷漂移速度电荷漂移速度：漂移速度：漂移速度 drift speed ：迁移率：迁移率 mobility：电场强度：电场强度 electric field(2.5)1/15/202324综合综合(2.2)-(2.5)有有(2.6)边界条件边界条件两边积分

10、可得两边积分可得沟道中电流是连续的恒量，即有：沟道中电流是连续的恒量，即有：1/15/202325分析：分析：令令 ,求求得得各各抛抛物物线线的的极极大大值值在在 点点上上，且相应各峰值电流为且相应各峰值电流为:(2.7)VGS-VTH为过驱动（为过驱动（overdrive）电压，只有过驱动电压）电压，只有过驱动电压可以形成反型层电荷。可以形成反型层电荷。时，器件工作在时，器件工作在“三极管区三极管区”.1/15/202326MOS器器件件作作为为逻逻辑辑工工作作和和模模拟拟开开关关，或或小小值值线线性性电电阻阻运运用用时时，都都会会工工作作于于深深Triode区区。此此时时VGS较较大大，M

11、OS管管的的VDS很小，若满足：很小，若满足：2.2.3 MOS器件深器件深Triode区时的导通电阻区时的导通电阻此时（此时（2.6）简化为：）简化为：(2.8)(2.8)表明表明 为直线关系，如图为直线关系，如图(2.12)所示所示.1/15/202327(2.9)此时此时 D,S间体现为一个电阻，其阻值为：间体现为一个电阻，其阻值为：1/15/202328（2.9）式表示：）式表示：a：在在满满足足 的的条条件件下下，MOS管管体体现现出线性电阻的特性，其直流电阻与交流动态电阻相等。出线性电阻的特性，其直流电阻与交流动态电阻相等。b：该该线线性性电电阻阻大大小小取取决决与与VGS，即即调

12、调节节VGS，可可调调节节电电阻阻的的大大小小。因因此此我我们们常常常常把把工工作作在在这这种种区区域域的的晶晶体体管管称为称为“压控晶体管压控晶体管”。1/15/202329讨讨论论:一一个个NMOS管管,若若偏偏置置电电压压VGSVTH,漏漏级级开开路路(ID=0),问问：此此晶晶体体管管是是处处于于cut off 状状态态还还是是其其他他状态状态?为什么为什么?例例2.11/15/202330由由 可知：可知：VDS1VG0X12.2.4 MOS管在饱和区的跨导管在饱和区的跨导当当 时，漏极电流怎样变化呢？时，漏极电流怎样变化呢？时，时，此时认为沟道夹断，此时认为沟道夹断(pinch o

13、ff).的增大向源端移动。的增大向源端移动。VDS2VDS1VG0X2时时,夹断点随着夹断点随着,沟道在沟道在 处夹断处夹断.1/15/202331若若,则则与与无关无关.由由 时时,相对恒定，器件工作在饱和区。相对恒定，器件工作在饱和区。(2.10)1/15/202332(2.10)式式(2.6),(2.10)为为analog CMOS design 的最基本的方的最基本的方程式程式.(2.6)它们描述了它们描述了ID与工艺常数与工艺常数 ,器件尺寸器件尺寸W和和L以及栅以及栅和漏相对于源的电位之间的关系和漏相对于源的电位之间的关系.1/15/202333若若 ，可以得到，可以得到 不同不同

14、VGS下漏电流曲线为下漏电流曲线为:1/15/202334对于对于PMOS器件器件,其在三极管区和饱和区的电流方程分其在三极管区和饱和区的电流方程分别表示为别表示为1/15/202335若若,那么工作在饱和区的那么工作在饱和区的MOSFET构成一个构成一个连接源和漏的电流源连接源和漏的电流源,如图如图2.17所示所示.1/15/202336n跨导跨导gm的定义的定义ngm是指在一定的是指在一定的VDS下，下，ID对对VGS的变化率。的变化率。ngm代代表表了了器器件件的的灵灵敏敏度度：对对于于一一个个大大的的gm来来说说，VGS的的一个微小的改变将会引起一个微小的改变将会引起ID产生很大的变化

15、。产生很大的变化。当当MOS器器件件处处于于饱饱和和区区时时,沟沟道道被被夹夹断断.当当VDS增增大大时时,夹夹断断点点向向S方方向向移移动动，沟沟道道长长度度由由L变变成成了了L,故故饱饱和和区区电电流流方方程程中中L应应用用L取取代代,但但当当L较较大大,VDS不不是是很很高高时时,我我们们仍仍以以L作作为为MOS管的沟长管的沟长.(2.11)1/15/202337gm的变形表达式的变形表达式n将式将式两边平方得两边平方得n所以所以n将乘以一个（将乘以一个（VGS-VTH）,除以一个（除以一个（VGS-VTH）得）得(2.12)(2.13)1/15/202338根根据据gm的的表表达达式式

16、,我我们们可可以以得得到到如如图图2.18所所示示的的曲曲线线,它它反反映映了了gm随某一参数变化的特性随某一参数变化的特性.1/15/202339提高提高gm的的有效方法有效方法n提提高高载载流流子子的的沟沟道道迁迁移移率率,选选用用高高迁迁移移率率的的材材料料,并并使用迁移率高的晶面使用迁移率高的晶面.n制作高质量、尽可能薄的栅氧化层制作高质量、尽可能薄的栅氧化层;n尽可能使用宽长比比较大的图形尽可能使用宽长比比较大的图形;n减减小小源源、漏漏区区体体电电阻阻和和欧欧姆姆接接触触电电阻阻以以减减小小串串连连电电阻阻,因为因为1/15/202340怎样区分饱和区和三极管区怎样区分饱和区和三极

17、管区?当栅压和漏压之差不足以形成反型层时当栅压和漏压之差不足以形成反型层时,沟道被夹断沟道被夹断,器件工器件工作在饱和区作在饱和区.对对NMOS:对对PMOS:1/15/202341Triode 区又称非饱和区或线性电阻区；区又称非饱和区或线性电阻区；Saturation 区又称饱和区；区又称饱和区；cut off 区又称截止区；区又称截止区；Overdrive Voltage 有时也称有时也称Vod，它的表达式为，它的表达式为有关的重要术语和概念：有关的重要术语和概念：aspect ratio W/L1/15/202342对应沟道刚刚对应沟道刚刚pinch off 的情况的情况:如果如果D端

18、电位增加，则沟道端电位增加，则沟道pinch off 的情况变为的情况变为:1/15/2023432.3 二级效应二级效应2.3.1 体效应体效应通常通常,NMOS的源极和的源极和P型衬底相连型衬底相连,处于同一电位处于同一电位,如图如图(a)所示所示.但在实际电路中（特别是但在实际电路中（特别是Analog电路中），一些器件会处于源电路中），一些器件会处于源极和衬底电位分离的状态。例如衬底接地，源极电位高于衬底；极和衬底电位分离的状态。例如衬底接地，源极电位高于衬底；或源极接地，衬底接上负电位，如图或源极接地，衬底接上负电位，如图(b)所示所示:(a)(b)1/15/202344的的作作用用

19、，衬衬底底吸吸走走更更多多的的空空穴穴，在在沟沟道道处处留留下下更更多多不不可可动动的的负负离离子子，由由于于栅栅的的镜镜像像作作用用，栅栅上上出出现现更更多多的的正正电电荷荷，这这表表明衬底在反型前明衬底在反型前 被提高了，也就是阈值电压被提高了，也就是阈值电压 提高了提高了.以源极接地，衬底接负电位为例：以源极接地，衬底接负电位为例：假设假设 ,在反型沟在反型沟道出现之前道出现之前()，沟，沟道处由于栅极电压出现耗尽道处由于栅极电压出现耗尽层。层。时，耗尽层中的电荷数量少些；时，耗尽层中的电荷数量少些；当当 后后,由于由于1/15/202345这被称为这被称为body effect 或或b

20、ack gate effect 或或substrate bia effect.(源极电位和衬底电位不同源极电位和衬底电位不同,引起阈值电压的变化引起阈值电压的变化)从从 的表达式来看的表达式来看:增加了增加了,所以所以 提高了提高了.考虑体效应后，考虑体效应后，其中体效应系数其中体效应系数对于对于NMOS管，管，F为正为正,当当VB比比VS负时负时,VSB为正为正,VTH提高提高.,(2.14)1/15/202346实际应用中，实际应用中，VSB只会为正值，或只会为正值，或VB只会等于只会等于VS或低于或低于VS，VSB被称为被称为sourcebody 电势差。电势差。对对PMOS管管，衬衬底

21、底接接Vdd，源源极极电电位位等等于于或或低低于于Vdd。故故这这时时VSB为负值，为负值，且且F为负为负,相应地相应地VTH绝对值增加。绝对值增加。1/15/202347考虑图考虑图(a)所示的电路所示的电路,Vin变化时变化时,Vout将怎样变化？将怎样变化？1/15/202348由由 变化引起变化引起.MOSFET工作于饱和区时工作于饱和区时,有效沟长有效沟长 为为2.3.2 沟长调制效应沟长调制效应这时这时,饱和区电流表达式为饱和区电流表达式为VDVG0LVSL1/15/202349由于由于 由由 变化引起变化引起,故令故令于是可得到考虑沟道长度调制效应的饱和电流方程：于是可得到考虑沟

22、道长度调制效应的饱和电流方程：考虑沟长调制效应后饱和区的跨导相应修改为：考虑沟长调制效应后饱和区的跨导相应修改为：其中其中 是沟道长度调制系数是沟道长度调制系数,表示表示VDS对沟道对沟道L产生作用的产生作用的大小因子。大小因子。(2.15)1/15/202350,在一定的在一定的 下下,为定值为定值,于是有于是有关于沟长调制效应我们应关注的问题：关于沟长调制效应我们应关注的问题：由于由于反比于反比于 .的曲线修正为：的曲线修正为：1/15/202351器器件件进进入入饱饱和和区区 后后，ID随随 VDS的增大而增大。的增大而增大。越越靠靠近近x轴轴的的曲曲线线越越平平坦坦，越越往往上上曲曲线

23、线越越陡陡峭峭，增幅越大。增幅越大。从这个曲线可以从这个曲线可以看出：看出：1/15/202352MOS器件输出电阻与沟道长度的关系器件输出电阻与沟道长度的关系:由由(2.15)式求出输出电导式求出输出电导又因为又因为,故有故有或有输出电阻或有输出电阻以上分析表明以上分析表明:在在(VGS VTH)一定时一定时,而在而在ID一定的情况下一定的情况下,因为因为(2.16)1/15/202353重要结论重要结论:MOS器器件件输输出出电电阻阻与与沟沟道道长长度度有有极极大大的的关关系系.在在模模拟拟电电路路放放大大器器设设计计中中,作作为为放放大大器器件件的的MOS管管及及作作为为负负载载的的MO

24、S管管,应应取较大的沟长取较大的沟长.特别是负载器件特别是负载器件,L更要大一些更要大一些.饱和区电流方程饱和区电流方程表表明明一一个个MOS器器件件的的沟沟道道电电流流由由VGS和和VDS共共同同决决定定，但但VDS的的调调节节作作用用很很微微弱弱。作作为为恒恒流流源源的的MOSFET来来说说，恒恒流流源源由由VGS决定，决定，VDS对对ID的调节只作为一种误差分析。的调节只作为一种误差分析。1/15/2023542.3.3 亚阈值导电性亚阈值导电性nVGS200mV后后，饱饱和和区区ID-VGS平方律的特性变为指数的关系平方律的特性变为指数的关系:亚亚阈阈值值导导电电会会导导致致较较大大的

25、的功功率率损损耗耗。因因此此亚亚阈阈值值工工作作状状态态一一般般不不可可取取。只只在在一一些些特特殊殊情情况况，如如低低速速低低功功耗耗的的电电路（如数据纪录的电表、仪表电路等）才会用到。路（如数据纪录的电表、仪表电路等）才会用到。是一个非理想因子。是一个非理想因子。(2.17)1/15/202355前面内容复习前面内容复习1.MOS的的I/V特性特性a.,MOS管截止管截止;b.,MOS管导通管导通;当当时时,MOS管工作在三极管区管工作在三极管区;时时,MOS管工作在饱和区管工作在饱和区;当当1/15/202356深三极管区导通电阻深三极管区导通电阻饱和区跨导饱和区跨导1/15/20235

26、72.MOS的二级效应的二级效应a.体效应体效应(背栅效应背栅效应)源与衬底电位不同源与衬底电位不同,引起阈值电压的变化引起阈值电压的变化(增加增加).b.沟长调制效应沟长调制效应(饱和区饱和区,引起引起 的现象的现象.)1/15/202358 c.亚阈值导电性亚阈值导电性 VGS200mV后后,饱和区饱和区ID-VGS平方律的特性变为指数的关系平方律的特性变为指数的关系:1/15/2023592.4 MOS器件模型器件模型2.4.1 MOS器件版图器件版图MOSFET的的版版图图由由电电路路中中的的器器件件所所要要求求的的电电特特性性和和工工艺艺要要求求的的设设计计规规则则共共同同决决定定.

27、每每个个晶晶体体管管的的宽宽度度和和长长度度由由电电路路设设计计决决定定,而而L的的最最小小值值由由工工艺艺决决定定,版版图图中中其其他他大大多多数数尺尺寸寸受受设设计计规规则则的的限制限制.(最小宽度最小宽度,最小间距最小间距,最小包围最小包围,最小延伸最小延伸)1/15/202360例例2.5 画出图画出图(a)所示电路的版图所示电路的版图.1/15/2023612.4.2 MOS器件电容器件电容n寄生电容模型参数寄生电容模型参数Cox:栅栅-沟道单位面积氧化层电容沟道单位面积氧化层电容Cj:单位结面积电容单位结面积电容,与电压有关与电压有关Cjsw:PN结单位周长侧面电容结单位周长侧面电

28、容Cov:单位栅宽覆盖电容单位栅宽覆盖电容耗尽层单位面积电容由工艺参数算得耗尽层单位面积电容由工艺参数算得EW1/15/202362C1,栅和沟道之间的氧化层电容栅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衬底和沟道之间的耗尽层电容C3,C4,多晶硅栅与源漏的交叠电容多晶硅栅与源漏的交叠电容C5,C6,源源/漏区与衬底间的结电容漏区与衬底间的结电容于是我们可算出图中于是我们可算出图中C1-C6 分别为分别为:EW1/15/202363MOS电容电容:u图图中中CSB和和CDB为为S-B和和D-B结结电电容容,即即CSB=C5,CDB=C6;u器器件件关关断断时时，图图中中CGB为为

29、氧氧化化层层电容和耗尽层电容的串联；电容和耗尽层电容的串联；其他状态时，其他状态时，CGB被忽略；被忽略；u图图中中CGD和和CGS则则与与MOS管管的的工工作状态有关作状态有关:沟道截止时，沟道截止时，CGS=CGD=WCov.1/15/202364于是可提出于是可提出CGS,CGD随随MOS状态的变化图状态的变化图:深深 Triode 导通区，导通区，S，D沟道连成一片，将沟道连成一片，将C1各分一半则得各分一半则得CGD和和CGS.即即Triode区有区有CGS=CGD=WLCox/2+WCov.饱和区时饱和区时,CGD=C4=WCov,1/15/202365作业n课后习题2.3,2.4

30、1/15/202366前前面面介介绍绍了了MOS器器件件在在各各工工作作区区的的I/V特特性性，讨讨论论的的是是电电流流和和电电压压在在一一个个大大范范围围内内变变化化的的特特性性，它它与与器器件件电电容容构构成成了了MOSFET的的大大信信号号模模型型。通通常常我我们们研研究究器器件件的的工工作作区区域域(工工作作点点),输输入入输输出出范范围围,都都属属于于大大信信号号分分析析.若若我我们们的的讨讨论论只只限限于于MOS器器件件在在某某一一工工作作点点附附近近微微小小变变化化的的行行为为,即即信信号号对对偏偏置置影影响响小小，称称为为小小信信号号分分析析.此此时时MOS器器件件的的工工作作

31、模模型型称称小小信号模型信号模型.2.4.3 MOS Small-Signal Models 1/15/202367 MOS管管的的交交流流小小信信号号模模型型是是以以其其直直流流工工作作点点为为基基础础的的。由由于于分分析析的的是是MOS管管的的交交流流小小信信号号的的响响应应，因因此此可可以以在在工工作作点点附附近近采采用用线线性性化化的的方方法法得得出出模模型型。小小信信号号模模型型中中的的参参数数直直接接由由直直流流工工作作点点的的电电流流、电电压压决决定定。相相同同的的MOS管管在在不不同同的的直直流流工工作作点点处处得得到到的的小小信信号号参参数数是是不不同同的的。交交流流模模型型

32、反反映映的的是是MOS管管对对具具有有一一定定频频率率的的信信号号的的响响应应，它它有有别别于于MOS管管的的直直流流特特性性。直直流模型和交流模型的关系如下图所示：流模型和交流模型的关系如下图所示：1/15/202368MOS器器件件是是一一个个压压控控器器件件。以以NMOS FET为为例例，它它处处于于三三个个直直流流电电压压偏偏置置状状态态：VGS、VBS、VDS。这这三三个个偏偏置置电电压压中中任任意意一一个个发发生生改改变变，都都会会引引起起器器件件沟沟道道电电流流的的变变化化。电电流流变变化化与与电电压压变变化化的的比比率率就就是是电电导导参参数数，因因此此，在在小小信信号号分分析

33、析中中我我们们必须借助于三个电导参数。必须借助于三个电导参数。栅跨导栅跨导:衬底跨导衬底跨导:沟道电导沟道电导:1/15/202369(1)不考虑二级效应时不考虑二级效应时,最简单的低频小信号模型最简单的低频小信号模型:(2.19)(2.18)小信号模型小信号模型（等效电路）（等效电路）1/15/202370(2)考虑沟长调制效应后模型考虑沟长调制效应后模型:注注:器件模型中会给出器件模型中会给出,所给出的所给出的为特征尺寸下的为特征尺寸下的值值.不同的沟长不同的沟长MOS器件器件不同不同,因因1/L.由由(2.18)知某一给定知某一给定MOS器件器件,工作直流偏置越大工作直流偏置越大,输出电

34、阻越输出电阻越小小.(2.20)1/15/202371(3)同时考虑沟道调制效应和同时考虑沟道调制效应和body效应效应,模型为模型为:其中其中VBS是通过影响是通过影响VTH发生作用的发生作用的.1/15/202372对对NMOS,有有于是于是因为因为,所以所以(2.22)(2.21)求得求得根据根据1/15/202373则有则有 ,表示背栅跨导与跨导的相对大小表示背栅跨导与跨导的相对大小因子因子.令令(2.23)注注:衬衬底底跨跨导导表表示示衬衬底底偏偏置置电电压压对对漏漏电电流流的的控控制制能能力力。它它通通过过改改变变表表面面耗耗尽尽层层的的厚厚度度，从从而而改改变变空空间间电电荷荷面

35、面密密度度来来控控制制表表面面反反型型层层的的电电荷荷密密度度，最最终终实实现现对对沟沟道道导导电电能能力力的的控控制制。因因此，衬底可视为另一个栅，也称为此，衬底可视为另一个栅，也称为“背栅背栅”。1/15/202374等等效效电电路路中中 和和 具具有有同同样样的的电电流流极极性性,即即增增大大栅栅电电压压与与增增大大衬衬底底电电压压效效果果相相同同.当当VGS增增加加或或者者VBS增增加加时时,ID都都增增加加.但但VBS只只能能取取负负的的偏偏置置(衬衬底底只只能能0偏偏和和反反偏偏),VBS有有增增量量表表示示反反偏偏量量减减少少,而而不不是是反反偏偏量量增增多多.需需要要强强调调的

36、的是是等等效效电电流流gmbVBS中中的的VBS本本应应记记为为VBS.而而2.22,2.23中中的的VBS是是直直流流偏偏置置量量.1/15/202375(4)完整的小信号模型完整的小信号模型注注意意:前前面面导导出出的的小小信信号号模模型型是是MOSFETS工工作作在在饱饱和和区区时时的的小小信信号号模模型型;对对于于用用作作开开关关的的晶晶体体管管,我我们们用用导通电阻和器件电容作为导通电阻和器件电容作为MOSFETS的小信号模型的小信号模型.1/15/2023762.4.4 MOS Spice Models 见见Table 2.1 一级模型一级模型 模型参数分模型参数分NMOS和和PMOS(0.5m工工艺艺)1/15/202377 参数定义：1/15/202378由于一般有由于一般有 ，在相同的条件下，在相同的条件下，NMOS器件比器件比PMOS器件能提供更大的电流和跨导。另外，在给定的尺器件能提供更大的电流和跨导。另外，在给定的尺寸和偏置电流的情况下，寸和偏置电流的情况下，NMOS晶体管表现出更大的输出晶体管表现出更大的输出电阻电阻，因此它比，因此它比PMOS FET更易于作为理想的电流源和更更易于作为理想的电流源和更高增益的放大器。高增益的放大器。2.4.5 NMOS Versus PMOS1/15/202379