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11.1 MOS 晶体管的工作原理
11.1.1 MOS晶体管建模
栅极和晶体管的其余部分之间存在绝缘层,即无直流电流从栅极流过,CGS和CGD分别表示栅源电容、栅漏电容;压控电流源I1为栅氧化层下从漏极经过沟道流向源极的电流;
漏极电流ID:大小取决于栅源电压VGS 和漏源电压VDS (书中内容:漏极电流ID的大小取决于栅源电压VGS 和栅漏电压VDS)
栅源电压小于阈值电压Vt,无沟道形成,晶体管处于夹断状态,无电流或很小电流流过;
栅源电压VGS超过阈值电压Vt形成沟道,栅源电压与阈值电压的差值被称为有效栅压Vgst;
漏源电压小于有效栅压,漏极电流近似随漏源电压呈线性变化(晶体管工作在线性区);
漏源电压大于有效栅压,漏极电流与漏源电压无关(晶体管工作饱和区);
3. Shichman-Hodge方程
NMOS晶体管Shichman-Hodge方程,k为器件跨导,单位A/V2;
PMOS晶体管的方程:
4. 器件跨导k决定:给定Vgst时,流过MOS管的漏极电流大小;
跨导可表明一个MOS晶体管的尺寸,公式:k=k'(W/L),
【W,L分别为MOS管沟道的宽度和长度;k'为工艺跨导,为一个常数,k'=(με0εr)/tox ,μ为载流子的有效迁移率,ε0为真空介电常数,8.85x10-12F/m,εr为栅介质的相对介电常数,如纯二氧化硅的相对介电常数约等于3.9,tox代表栅介质的厚度】
NMOS的工艺跨导k'n和PMOS的工艺跨导k'p的简化表达式,tox氧化层的厚度以埃为单位,MOS工艺中采用薄的氧化层以取得最大的器件跨导;栅氧