MOSFET-04直流特性.ppt
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1、3、MOSFET的直流特性,本节内容推导长沟道MOSFET的电流电压之间的数学关系,包括:线性区的I-V关系饱和区的I-V关系亚阈值区的I-V关系沟道长度调制效应,基本方程,半导体器件的特性一般由下面三组方程决定,器件结构,以NMOS为例,结构和尺寸如图所示,基本假定衬底均匀掺杂氧化层中面电荷密度Q0为常数忽略源、漏区体电阻忽略源、漏PN结和场感应结的反向漏电流长、宽沟MOSFET:WLToxXc反型层载流子迁移率为常数,其值取位于栅和漏平均电场处的表面迁移率,尽管 与Ex、Ey都有关。,基本假定(1),缓变沟道近似*数学表示式:Poission 方程变成一维:忽略空穴电流*,只考虑电子电流J
2、n,平且假定电流只沿Y方向流动*强反型近似成立Strong Inversion Approximation假定沟道强反型后,沟道电流是由漂移而非扩散产生的不考虑复合与产生。稳态时,Jn的散度为0。即沟道区的任何一点上,总的漏电流IDS是一样的,基本假定(2),根据上述假设,沟道中任意一点的电流密度:,Ey:沟道y方向y点的电场。Vy:y点相对于源端的电位,电流电压方程(1),(强反型近似),电流电压方程,一级近似模型:MOSFET线性区,假设12 假定沿沟道长度方向的体电荷密度Qb是固定的,即与漏电压VDS无关:,这一电流方程最先由C.T.Sah在1964年得到,称为萨之唐方程,也是SPICE
3、中的LEVEL 1级模型。,一级近似模型:MOSFET线性区,工艺跨导参数:,阈值电压:,单位:A/V2,沟道宽长比:,当VDS较小*:,沟道电阻:,non-physical,At Peak current,When VY=VGS-VTn,Qi(Y)=0而Vy的最大值在漏端,当 VDS=Vdsat=VGS-VTn时,漏端沟道消失(被夹断)。漏端沟道开始夹断时的漏源电压称为饱和电压,用Vdsat表示,对应的电流称为饱和电流,用IDsat表示。,一级近似模型:MOSFET饱和区,夹断点的漏电流,saturated,夹断后,VDS再增加,增加的部分全部降落再夹断区,导致夹断点向源区移动。对于长沟道,
4、LL,可以认为沟道长度基本不变,电流也不再变化,夹断后漏电流由Idsat外推得到。,一级近似模型:MOSFET饱和区,夹断的条件:Qi(Y=L)=0漏电流达到最大夹断时的源漏电压:VDS=VDsat=VGS-VTn夹断后,VDS再增加:增加的部分全部降落在夹断区夹断点向源端方向移动,夹断区展宽夹断区是耗尽区若L L,漏电流维持在IDsat,一级近似模型:MOSFET饱和区,二者等价,沟道真的被夹断了?,沟道长度调制效应(CLM),Channel-Length-Modulation 当VDSVDsat,漏耗尽区展宽,夹断点向源端移动,夹断点P和n+漏区之间的夹断区 L 使得有效沟道长度L减小为L
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