《集成电路原理与设计》课件3.1 MOS器件直流.ppt
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1、集成电路原理与设计MOS器件2MOSnMOS器件器件nM:metalnO:oxidenS:semiconductorDSGBSDG多晶硅有源区金属WLSiO2SiO2n+n+SDLp-SitoxxjGMOS等效电路等效电路n压控电流源压控电流源n漏电流:栅漏电流:栅压,漏压,压,漏压,衬底偏压衬底偏压3RSSCGBCGBCCCGSGSDBjISBSBCCCIDBDBRDGDGDjIGDDSGBCMOS数字电路4VGS VTRonSDA Switch!|VGS|An MOS Transistor5MOSFET的输入特性曲线的输入特性曲线n开关特性开关特性n当当控制电压控制电压高于高于阈值电阈值电
2、压压,开关,开关闭闭合,低于合,低于阈阈值电压,开值电压,开关断开关断开DSGB6MOSFET输出特性曲线输出特性曲线 电压控制电流源电压控制电流源 非线性电阻非线性电阻VGS VTRonSDDSGBMOS电路7VDDCLt=0VinVout=VDDVin=0VDD(1)物理思想:瞬态过程,通过物理思想:瞬态过程,通过PMOS对对Vout节点节点电容充电电容充电(2)IDP随输出变化随输出变化 Vout|VTP|,PMOS线性线性8RC 网络voutvCR电路的延迟时间电路的延迟时间9MOS器件器件3.1.1 MOS晶体管阈值电压晶体管阈值电压3.1.2 MOS晶体管电流方程晶体管电流方程3.
3、2.1 MOS晶体管的亚阈值电流晶体管的亚阈值电流3.2.2 MOS晶体管的瞬态特性晶体管的瞬态特性3.2.3 MOS器件模型器件模型MOS晶体管阈值电压分析阈值电压的定义:阈值电压的定义:使源端半导体表面达到强反型的使源端半导体表面达到强反型的栅压栅压,是区分是区分MOS器件导通和截止的分界点。器件导通和截止的分界点。11NMOS开关模型开关模型GateSource(of carriers)Drain(of carriers)|VGS|VGS|VT|Open(off)(Gate=0)Closed(on)(Gate=1)Ron12阈值电压SDp substrateBG VGS+-n+n+dep
4、letion regionn channel半导体表面达到强反型的半导体表面达到强反型的栅压栅压-VT131、阈值电压公式、阈值电压公式(假设假设NMOS源端和衬底接地源端和衬底接地)VFB对应半导体平带电压对应半导体平带电压Vox对应栅氧化层上的压降对应栅氧化层上的压降 对应半导体表面耗尽层上的压降对应半导体表面耗尽层上的压降soxFBTVVVsDSGB14体效应:对阈值电压的影响体效应:对阈值电压的影响BSFBTVVVFF22oxACqNSi02n假设衬底和假设衬底和源端等电位源端等电位n如果衬底和如果衬底和源端之间有源端之间有电压,阈值电压,阈值电压会发生电压会发生变化,也称变化,也称为
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