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mos晶体管的衬底偏置效应介绍


在实际工作中,mos晶体管经常出现衬底和源极不相连的情况,此时,VBS不等于0。由基本的pn结理论可知,处于反偏的pn结的耗尽层将展宽。上图说明了Nmos晶体管在VDS较小时的衬底耗尽层变化情况,图中的浅色边界是衬底偏置为0时的耗尽层边界。当衬底与源处于反偏时,衬底中的耗尽区变厚,使得耗尽层中的固定电荷数增加。由于栅电容两边电荷守衡,所以,在栅上电荷没有改变的情况下,耗尽层电荷的增加,必然导致沟道中可动电荷的减少,从而导致导电水平下降。若要维持原有的导电水平,必须增加栅压,即增加栅上的电荷数。对器件而言,衬底偏置电压的存在,将使MOS晶体管的阈值电压的数值提高。对Nmos晶体管,VTN更正,对PMOS,VTP更负,即阈值电压的绝对值提高了。
γ为衬底偏置效应系数,它随衬底掺杂浓度而变化,典型值:NMOS晶体管,γ=0.7~3.0。PMOS晶体管,γ=0.5~0.7对于PMOS晶体管,∆VT取负值,对Nmos晶体管,取正值。
对处于动态工作的器件而言,当衬底接一固定电位时,衬偏电压将随着源节点电位的变化而变化,产生对器件沟道电流的调制,这称为背栅调制,用背栅跨导gmB来定义这种调制作用的大小:
其中三个重要端口参数:gm、gds和gmb对应了MOS器件的三个信号端口G-S、D-S、B-S,它们反映了端口信号对漏源电流的控制作用。
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