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  • 體效應,體效應公式,MOS管體效應襯偏效應介紹
    • 發(fā)布時間:2024-05-13 20:01:43
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    體效應,體效應公式,MOS管體效應襯偏效應介紹
    體效應詳解
    在許多應用中,源極直接連接到底物(體極)B極,使得底物和溝道之間的pn結是零電壓偏置。此時底物在電路中不發(fā)揮任何作用,可以被忽略。
    在集成電路中,底物通常被大量的MOS所共用。為了保證底物和所有溝道之間的pn結都是截止狀態(tài),底物在NMOS中通常被連接到最小負電壓源(在PMOS中連接到最大正電壓源)。在這種情況下,反向偏置的pn結會對元器件造成影響。為了說明這一點,考慮一個NMOS并且讓它的底物電壓比源極電壓低(此時pn結反向偏置)。反向偏置的電壓將會擴大耗散區(qū)的體積,這回加深溝道的深度,這會導致iD增大,為了使得MOS回到原來的狀態(tài)上,就必須增大 vGS 。
    電壓VSB可以看做是改變了閾值電壓Vt,關系由下面的表達式給出:
    MOS 體效應公式
    在這里Vt0是在VSB= 0條件下的閾值電壓,?f是一個物理參數(shù)一般情況是0.6V,γ是制作工藝參數(shù),由下面的表達式給出:
    MOS 體效應公式
    在這里 q是電子電荷量,NA是p類型底物的摻雜濃度,?s是硅的介電常數(shù)。
    上式反應了增大VSB會導致 Vt的增加,盡管VGS保持恒定的情況下也會增大ID 。換句話說,VBS同樣能控制ID的大小,因此體極和柵極具有相同的控制ID的能力,這個效應稱為體效應 。這里 γ 稱為體效應參數(shù)。
    MOS管體效應襯偏效應
    當MOS管源端電勢大于襯底電勢(VS>VB  )時,柵下面的表面層中將有更多的空穴被吸收到襯底上,留下更多不能移動的負離子(負電中心),使得耗盡層展寬。閾值電壓升高。
    1.為什么需要源端電勢大于襯底電勢?
    因為對于CMOS芯片來說,特別是數(shù)字芯片來說,其襯底電壓會存在一定的波動,如果不對襯底電壓進行限制,則可能出現(xiàn)襯底電壓大于源端電壓的情況,使得PN結正偏。MOS管失效,所以需要在襯底與源之間加上適當?shù)姆雌妷?,以保證MOS的工作狀態(tài)。這個電壓也時常被稱為襯偏電壓。
    2.體效應有什么影響?
    1、耗盡層展寬使得閾值電壓VT升高,進而影響器件的GM和IDS等性能。因為這些器件性能均與VT相關。
    2、襯底摻雜濃度越高,襯偏效應就越明顯,以典型的CMOS工藝為例,PMOS的襯偏效應會大于普通NMOS的襯偏效應,因為制作PMOS的n阱摻雜大于襯底摻雜(摻雜濃度越高,耗盡層越窄,耗盡層電容越大,使得n阱與襯底隔離),能夠單獨控制電壓。
    MOS 體效應公式
    3、當芯片工作時,MOS管源極的電壓會不斷的變化,使得源襯之間的電壓也在不斷變化。這就是背柵調(diào)制效應,即出現(xiàn)了JFET的功能。
    4、背柵調(diào)制作用使得溝道中的面電荷密度也隨著源端電壓的變化不斷變化,出現(xiàn)了電容效應。稱為襯偏電容,該電容會明顯影響器件的開關速度。
    5、背柵調(diào)制效應作用對應會產(chǎn)生一個交流電阻。該電阻會使的MOS管的輸出電阻降低,電壓增益下降。
    在設計中如何降低體效應的影響?
    1、將源端與漏端短接。這也是采用的方法,如將NMOS的源漏都接地,將PMOS的源漏都接VDD。
    2、改進電路結構。對于某些不能將源漏短接的情況,便只能在電路結構層面上進行改進。如在CMOS中采用有源負載。
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