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数字CMOS集成电路设计基础

2.1.2MOS晶体管阈值电压和电流方程

2.1.2MOS晶体管阈值电压和电流方程

现代工艺中越来越多地采用双阱工艺

现代双阱CMOS工艺截面图

2.1.2MOS晶体管阈值电压和电流方程

MOSFET晶体管性能简要回顾

四端口NMOS三端口NMOS

四端口PMOS三端口PMOS

MOS晶体管的电路符号MOS晶体管的开关模型

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MOSFET晶体管性能简要回顾

阈值电压

假设一个正电压加在栅上（相对于源）。此时栅和衬底形成了一个电容的两个极板，而栅氧则

为其电介质。正的栅压使正负电荷分别聚集在栅电极上和衬底一边，后者最初是通过排斥可动的空

穴而形成的。于是在栅下面形成了一个耗尽区，它与pn结二极管中发生的耗尽区非常类似。因此，

对于耗尽区的宽度及每单位面积的空间电荷，它们有类似的表达式。

（3.14）

及

（3.15）

p型硅衬底的费米势如下所示，典型值为-0.3V。

（3.16）

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阈值电压

栅电压的进一步提高不会使耗尽层的宽度有进一步的变化，但却在栅氧层下面的薄反型层中产

+

生了更多的电子。这些电子是从重掺杂的n源区被拉到反型层中的。因此在源区和漏区之间形成了

一个连续的n型沟道，它的导电性是由栅-源电压来调制的。

当存在反型层时，保存在耗尽区的电荷是固定的并等于：

（3.17）

当在源与体之间加上一个衬底偏置电压V时（对于n沟道器件V通常是正的），情况会发生

SBSB

一些变化。它使强反型所要求的表面电势增加并且变为|-2φ+V|。此时存放在耗尽区的电荷可以

FSB

表示为

（3.18）

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阈值电压

衬底偏置效应会使n沟MOS管的阈值电压增大。

不同体偏条件下的阈值电压可由下式确定：

（3.19）

VSB=0时的阈值电压衬偏效应系数

V必须总是保持大于-0.6V，如果不是这样，则

SB

源-体二极管就会变为正向偏置。

体偏置对阈值的影响

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MOSFET晶体管性能简要回顾

电阻工作区（线性区）假设VGSVT，且这一电压沿整个沟道都超过了阈