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數字內建:MOS管速度飽和的了解(V0.0)

右鍵上拉回來:

    • 1、寫在前面的話
    • 2、簡化版專業解釋
    • 3、個人尋找的了解

1、寫在前面的話

主要講下MOS器件的速度飽和,第一次接觸這個概念,網上的文章很少,找了好幾篇看,記錄下。原文學習可參考數字內建電路(第二版),裡面62、63頁有專業的解釋。這裡提取簡明扼要的東西。

2、簡化版專業解釋

一般而言,載流子速度正比于電場,斜率是載流子的遷移率;可當延溝道電場達到臨界值(某個根據散射效應計算的值)時,載流子的速度将會趨于飽和,稱為速度飽和效應。此時的載流子速度不會随着電場增大而增大。

有很多要說明的東西:

01 一般這種現象發生在短溝器件中。

02 如果不考慮速度飽和的情況,管子在Vgs-Vth<Vds的時候是會出現電阻工作區和飽和區兩種的,I随V的變化分别呈現線性和二次模型。這兩個區域的名稱在模拟內建電路中有略微不同,叫做深三極管區和飽和區。

03 載流子的速度趨于飽和的主要原因是因為散射效應,也即是載流子間的碰撞導緻的,這個沒了解過,或許以後在半導體器件實體一書中我能學到。

04 課本上将這個臨界值設定為ξc,并用下面這幅圖形象的描述了這個概念。

05 電子和空穴的飽和速度大緻相同,是10^5m/s。

06 速度飽和發生的臨界電場強度取決于摻雜濃度和外加的垂直電場強度。

問題:課本中有句話,翻譯嚴重影響閱讀,可以去看看原著,根本沒有說,在這種情況下,2伏左右電壓就可以飽和,這個2雖然合理,但卻想不到怎麼計算的。後面一頁是原著。

數字內建:MOS管速度飽和的了解(V0.0)
數字內建:MOS管速度飽和的了解(V0.0)

3、個人尋找的了解

速度飽和效應發生在這樣一個場景下:首先MOS管工作在飽和saturation區(vds>vgs-vth),可是此時的Vgs-Vth太大了。

說明:将二極管接法的管子掃描Vgs,管子依次經曆,截止區,弱反型區,強反型區和速度飽和區。 對于工作在飽和區的管子其溝道電場強度為(Vgs-Vth)/Leff,該電場太大,則溝道載流子速度飽和了。 大Vds将把溝道截止點推向源區,使得Leff變小,但真正決定因素還是Vgs-Vth。

Vgs-Vth小于80mv時,飽和時管子工作在弱反型,100mv-400mv左右工作在強反型,400mv+則速度飽和了(前提:管子工作在飽和區Vds>Vgs-Vth)。

下圖用于解釋速度飽和效應,截止點的電勢為Vgs-Vth。推導電流公式時,用的是機關長度平均載流子濃度乘以速度的方式,省去了繁瑣的積分方法,當電場強度(Vgs-Vth)/Leff超過臨界值時,溝道電子速度是u*(Vgs-Vth)/Leff變為恒定值Vsat。平方率退化為一次方率,這就是告訴大家,為什麼你用平方律手算的W,L這麼不準的原因了。

關鍵是要了解,飽和區管子的電場強度是(Vgs-Vth)/Leff,溝道電子速度是u*(Vgs-Vth)/Leff,當(Vgs-Vth)/Leff太大時,速度飽和了(半導體的性質)。

數字內建:MOS管速度飽和的了解(V0.0)

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