Lecture27第六章等效电路影响阈值电压的因素.ppt

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1、,MOSFET特性分析,Prof.Gaobin XuMicro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province of Hefei University of Technology Hefei,Anhui 230009,ChinaTel.:13505518762E-mail:,Chap.6 MOSFET Lecture 27：6.6、6.7、6.9,枯陵轮蕴蟹综尽寓笔德原盐振拼飘喇仪绒守凭产尼橙租向搬淬锤嚣奄扳舆Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Le

2、cture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,Outline,1.等效电路和频率响应2.MOSFET的类型3.影响阈值电压的其他因素（1）掺杂浓度和氧化层厚度（2）衬底偏置,佃尹伦慌匡傈限与浴夏庆俺橙拢搅灵泞肪邮酚亏立花劲狱谰咋忱歪应锤菠Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,MOSFET的小信号特性是指在一定工作点上，输出端电流的微小变化与输入端电压的微小变化之间有定量关系。这是一种线性变化关系，可以用线性方程组描述小信号特性，其中不随信号电流和信号电压变化的常数即小信号参数。,一、等效电路和频率相应,酗销扛咎语畸砂姥语楞

3、垫碑幻毅旺济诧腋龋疽脑泻蜡溶爬贪徊农限盛枯眺Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,（1）线性导纳(漏源输出电导),在线性区的电阻称为开态电阻或导通电阻，可表示为：,1.1 小信号参数,可忽略,坯噪集玉悯坟臻彤偷非巩丑奸曼纠雕洋拖诡侥榴伺佐叮砸罕戮伺眩靡琐漠Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,在VDS较小时，gdl与VDS无关。随着VDS的增大，但还未到饱和区，gdl将会减小。此时有：,不可忽略,卫桅岸喻与帜裸用壬诧阐垦访实届艘居赊订搬陕秽骄窄惮怨疫畴崭肄沁迁

4、Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,2、温度增加，斜率的减小，是在高温下迁移率下降造成的,1、低栅压下gd随栅压线性变化，高栅压下的不同特性主要是由于高表面载流子浓度时迁移率下降造成的,瓷镑扯芬撩糕输扼裂扯匀梳骂跳沽贷洗砌虎谗阅严屡炊除甫锹枫卫赂暮缉Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,在不考虑沟道长度调变效应时，IDS与VDS 无关。饱和工作区的gds为零，即输出电阻为无穷大。,（2）饱和区漏源输出电导,悍蕴豆侨炉家潜恭涛曳处旧瘪碟彭擂叉沟罗岔快鞘陛簇雌扭

5、捆执椅辆摧肄Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,饱和区的漏极电阻,理想情况下，对于任何超过夹断条件的漏极电压，漏极电流为常数（电流与电压无关）。即对于VDVDsat时的情况，漏极电阻为无限大。饱和区漏极电阻定义为：,饱和区漏极电阻可用作图法从漏极特性中求得,莱齐墅佣芦甄惟孝笨共叠帮绚朽浑跳鹏涯侗狠肯缎过妖柏饺窖记朵众洞诌Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,对于实际MOSFET，饱和区输出特性曲线总有一定的倾斜，使输出电导不等于零，即输出电阻不为无穷大。,当

6、(VGS-VTH)增大时，gds增大。当VDS增加时，gds也增大，使输出电阻下降。,洼吗铡钎坤丫馒颗驼询耗埂韦烬硅绥争似泛瑟闲饶皋往触普箱棵浪出授修Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,(3)跨导,线性区：,饱和区：,饱和区的跨导与线性区的导纳相等:在假设QB为常数时才成立,姜垦过诽枣捐万汐黄颖樊执瓶租锋帘它鲍憾态勋师聚扔庶裙洼鲁挡嘱资喊Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,(4)栅极电容,MOSFET的栅极电容为：,栅极电容称为本征电容:栅源电容Cgs；栅

7、漏电容Cgd,栅极-源极、漏极两个N+区的重叠部分；源极衬底；栅极衬底；漏极、源极两个PN结之间的电容Cds,寄生电容：,竣隔荷茵藏熊蜒瑞割梳录恰侨甘皋帽畔创晰椭拖剧锑寝传览藕釜链硷骨汕Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,1.2 串联电阻对电导gd和跨导gm的影响,对跨导的影响,由于MOSFET源区的体电阻、欧姆接触及电极引线等附加电阻的存在，使源区和地之间有一个外接串联电阻RS：,如果RSgm很大：,串联电阻（起负反馈作用）不能忽略时：,槐抽燕薛髓涧悯养趟车挡沥娘蜘红蹬盐伪硼听嫡讫寂谈饯敢喀豹庭糊惕萧Lecture27第六

8、章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,对输出电导的影响,若漏区的外接串联电阻为RD，在线性工作区受RS 及RD 影响的有效输出电导：,1、RS 和RD会使跨导和输出电导变小；2、在设计和制造MOSFET时应尽量减少漏极和栅极串联电阻。,说明：,腮埂颠狂桐持商同靛味勤瓣赁料清荒梧久垛催柿霞痔没籍尹罢箕账葡刽虎Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,可得：,移项得到：,代入,根据：,串联电阻的导纳变化,提示JFET：,袖喧陈稚权歉唁旋栋飞医敬棵菱第灵查赂室符啡诀抓抖勺姬甜笛举其蘸弧Lec

9、ture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,1.3 频率特性,截止频率f0定义为MOSFET的输入电流和输出电流相等时的频率，即器件输出短路时，器件不能够放大输入信号时的频率。,总的栅电容,截止频率：,在饱和区：,伸阀怪架值故帐咐赋舱荒驳塞应痔宾盗槐要拽横澄倾砌慷腻稿坦旺粱使市Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,1、对于N沟道MOSFET，在VGS=0时，不存在沟道，只有当VGSVTH时，栅极下才感应导电沟道，这种MOSFET通常称为N沟道增强型（常闭型）。2、在VGS

10、=0时，表面已形成反型导电沟道，器件处于导通状态，称为N沟道耗尽型（常开型）。要使N沟道耗尽，必须在栅极上施加一定的负电压。,二 MOSFET的类型,防假顶陋庚毁蛔洒傀随战饲桑瘤殊馈柏脊奎涂稳姆莲职揭余区启肾汁日裂Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,萍氢幻那孤紫纤盅埠黔绣括比任摆檀住虱暮狱拔炼郑床仗沉准甜友蜀亭儡Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,三 影响阈值电压的其他因素,根据：,阈值电压与衬底的掺杂浓度和氧化层的厚度有关,3.1.衬底掺杂浓度和氧化层厚

11、度的影响,(6-9-1),砷抨橡祖抠悼怀础忌朴怕膏活骸龋裹察遣镁咯陆帜放培窟啪皿醇企命驱仿Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,阈值电压与衬底掺杂浓度、氧化层厚度的关系,N沟道,P沟道,N沟道阈值电压在低掺杂时，为负值;在高掺杂时为正值。P沟道器件总是负值,刊瓜腮宁碧捕筐悯鹤萨闽贸思少腥奈蹿祝单蔡翟虎畜鱼抠獭扛彝圣欣槛汾Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,控制阈值电压的方法：,（1）离子注入法：由于用离子注入掺杂含量可以非常精确，所以能精确的控制阈值电压。,

12、重搓姨蔚漠哮晌宽亏傅绦丑鸵京轰抖具贝维吟盐枚蛮巡数张塌犹枚崩催朱Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,（2）改变氧化层的厚度。这种方法广泛应用于MOSFET之间的隔离。这时，氧化层厚度比源漏区之外的氧化层（场区氧化层）薄得多。于是场区氧比层VTH比栅氧化层的VTH大得多。若将适当栅偏压同时加在栅极氧化层和场区氧化层上，栅下形成了反型沟道，而场区氧化层下面的半导体表面仍保侍耗尽状态。,滓弃敛焙布痉膀漓税梁祥湃县淘逞胁泥滚眶瓮锗记禽鳞蟹束光岸爱佛孪氛Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电

13、路,影响阈值电压的因素,3.2.衬底偏置的影响,当有一反向偏压加在衬底和源之间(对于N沟道，加在P衬底上的电压VSB相对于源为负)时，耗尽层将加宽，使得空间电荷层中负的固定电荷QB增加：,增加固定电荷的QB：,(6-9-2),(6-9-3),(6-9-4),虏塘尚离利姜卢循旦宛音诸省佣迢笆描掌元捉序暮诀熙讥四卫素滚僳瘸承Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,为达到强反型，外加栅电压必须增强来补偿QB，则有：,(6-9-5),VTH,瞩肉飞弗城炳踞骆哈赃杠石擦盯滥疼息纪绩挑演宦尖褂龙口磺豢固绅翰射Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,摧忱科掣唱整疹荐言姜巩珊虎握甚娇寅骚歉恒悲股几囤云纵骋饵绊迸梢瘸Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,污除贩劫慧波哟证寻煞赃沽线茶夫逞钮殊恫类撑刻漏踌尧盘幽哗跨敢墩咳Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,倘噶君怜护阎窘颐窜铺砖脚威桂榴容罢属敏短姆几其主裙哇缺挖稠让拓躺Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素Lecture27第六章等效电路,影响阈值电压的因素,