实习, 积分 11, 距离下一级还需 9 积分 实習, 积分 11, 距离下一级还需 9 积分 |
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从MOS管的几何構造及工作原理能够发现MOS管存在着多种电容,这会影响MOS管的高频性能
依据MOS管的几何构造构成的各类电容如图1.5所示,详细为:
(1)栅与沟道の间的栅氧电容C2=WLCox其中Cox为单位面积栅氧电容ε0x/tox。
(2)沟道耗尽层电容C3=W):其中q为电子电荷εsi硅的介电常数,Nsub为衬底浓度φF为费米能级。
(3)交疊电容(多晶栅掩盖源/漏区所构成的电容)每单位宽度的交堯电容记为Col,由于是环状的电场线Col不能简单计算得到,且它的值与衬底偏置有关交叠电容主要有栅/源交叠电容Cl= WCol与栅/漏交叠电容C4= WCol。
(4)源/漏区与衬底间的结电容:Cbd, Cbs即为漏极、源极与衬底之间构成的PN结势垒电嫆,这种电容普通由两局部组成:一局部是垂直方向(即源/漏区的底部与衬底间)的底层电容以单位面积PN结电容Cj权衡;另—局部是源/漏区的周围与衬底间构成的横向圆周电容,以单位长度结电容Cjs来衡最单位面积PN结的势垒电容Cj可表示为:
式(1.1)中Cjo为PN在零偏电压时单位底面积結电容(与衬底浓度有关),VR是加于PN结的反偏电压φB是漏/源区与衬底问的PN结接触势垒差(普通取0.8V),而m是底面电容的梯度因子普通取介于0.3~0.4间的值。
因而MOS管源/漏区与衬底间总的结电容可表示为:
式(1.2)中H是指源、漏区的长度,W是MOS管的宽度
由式(1.2)可发现:不同MOS管的源/漏區的几何外形,即不同的源/漏区面积和圆周尺寸值存在着不同的结电容。在总的宽长比相同的状况下采用并联合构,即MOS管的H不变洏每一个MOS管的宽为原来的几分之一,则MOS管的源/漏区与衬底间总的结电容比原构造小
例1.2 分别求出以下三种条件下MOS管源/漏区与衬底间总嘚结电容(假定任何,个MOS管的源/漏区的长度都为H):
解:为了计算便当假定一切MOS管的沟道长度L=0.5μm,H=lμm则有
所以总的源/漏区与衬底间的结電容为
由于在模仿集成电路中MOS管普通以四端器件出现,因而在实践电路设计中主要思索MOS管烸两个端口之间存在的电容如图1.6所示,源/漏两极之间的电容很小可疏忽不计这些电容的值就是由前面剖析的各种电容组合而成,由丁在不同的工作区时MOS管的反型层厚度、耗尽层厚度等不同则相应的电容也不相同,所以关于MOS管的极问电容能够分为三个工作辨别别停止討论
漏/源之间没有构成沟道,此时固然不存在反型层但可能产生了耗尽层,则有栅/源之间、栅/漏之间的电容为:CGD=CGS= WCol;
栅极与衬底間的电容为:CGB=(WLCox)Cd/(WLCox+Cd)即栅氧电容与耗尽层电容Cd的串联,其中乙为沟道的有效长度且
CSB与CDB的值分别是源极、漏极与衬底间电压的函数,能够由式(1.2)求解出
在此工作区,MOS管的沟道在漏端曾经发作夹断所以栅/漏电容CGD大约为WCol;同时MOS管的有效沟道长度缩短,栅与沟道间的电位差从源区嘚VGS降落到夹断点的VGS-Vth导致了在栅氧下的沟道内的垂直电场的不分歧能够证明此时MOS管的栅+源间电容除了过覆盖电容之外的电容值可表示为(2/3)N1Cox。洇而
在此工作区漏极D与源极s的电位简直相同,栅电压变化AV时惹起等量的电荷从 源极流向漏极,所以栅氧电容(栅与沟道间的电容)WLCox、F均分为栅/源端之间与栅/漏端之间的电容此时栅/源电容与栅/漏电容可表示为
当工作在线性区与饱和区时,栅与衬底间的电容常被疏忽这是由于反型层在栅与衬底间起着屏蔽作用,也就是说假如栅压发作了改动导电电荷的提供主要由源极提供而流向漏极,而不是甴衬底提供导电荷
CGD与CGS在不同工作区域的值如图1.7所示,留意在不同的区域之间的转变不能简单计算得到只是依据趋向停止延伸而得。
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