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  • MOS场效应管模型分类-NMOS场效应管模型分析-竟业电子

       时间:2020/9/2       阅读:953    关键词:MOS场效应管

     

    MOS场效应管模型分类:

    基于阈值电压模型Threshold Voltage-based,如:BSIM3+BSIM4

    基于电荷模型Charge-based,如:BSIM6+EKV

    BSIM6模型:仿真工具中CMOS工艺标准模型

     

    MOS场效应管模型

    数字电路中,用简单开关模型电阻-电容(RC)模型 

    模拟电路中用不同偏置条件不同频率模型

    亚微米电子元器件,得考虑沟道长度调制速度饱短沟道效应

    仿真软件中BSIM模型

    BSIM全称:Berkeley Short-channel IGFET Model

    IC设计中,第一步手算BSIM模型参数数百,因此采用简化模型,如:平方率模型

     

    平方率模型局限性:

    1.不能含很多短沟道效应

    2.适用MOS场效应管偏置在强反型区

     

    电路中相同偏置电流下可得更高增益相同增益下减小功耗MOS场效应管需偏置在弱反型区中反型区需强反型区+中间反型区+弱反型区连续准确包含各种短沟道效应,也方便手算模型

     

    NMOS场效应管模型

    如下图所示

     

    MOS场效应管是四端器件

    源端S+漏端D+栅端G+衬底B

     

    CMOS标准工艺,MOS场效应管共用一个P型衬底,防止PN结正偏,P型衬底接GND

    衬底电压:Vs+VD+VG

    源极与漏极完全对称,增加栅极电压,电子元器件表面出现反型层,NMOS管电子组成非常薄反型层,因此用简单一维模型分析,如上图源极为原点,源极引向漏极画出x轴; 

     

     

    如上图所示,x反型层面电荷密度记为Qinv’(x),沟道电压(相对于衬底)=Vchx

    栅极+反型层+中间栅氧化层,是一个平行板电容器;

     

    定义重要概念

    夹断电压Vp   pinch-off voltage

    阈值电压Vt0  threshold voltage

     

    如上图所示:源极+漏极保持等电位,沟道电势相同; 

    VG固定,沟道电压增加到Vp,反型层电荷密度减为0 

    沟道电压固定=0 V

    VG减到Vt0,反型层电荷密度=0 

    阈值电压Vt0定义在整个沟道等电位,电位=0

    是一个定值,与之形成对比

    传统模型,阈值电压VTHVsb的函数

    夹断电压Vp定义不只在源极漏极等电位才有效,在沟道中某一点电压Vchx>Vp处沟道就被夹断;

    夹断电压与栅极电压关系:

     

    非线性:反型层下方势垒电容Cdep非线性造成的

    简化模型:用一条斜率为1/n的直线来近似;

    Vp = VG-Vt0/n

    n = 1.5

    PSVpVG-Vt0的非线性关系会导致大信号偏置电路无法工作;

    N > 1 N <1 联立不等式无解

     

     

    QinvVch关系,如上图所示:

    Vch = Vp 沟道被夹断  电荷密度=0

    Vch = 0  Qinv= Cox*VG Vt0

     

    PS:如上图关系与之前平行班电容器公式偏差

    因:之前公式是在忽略势垒电容Cdep效应,或n = 1时推出;

     

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