第07章 MOS晶体管及其版图
5. 按比例缩小理论常用于转换现有的数字版图使之可采用更新的工艺实现。设计者只需简 单的运行一个可把所有数据按特定比例缩小的程序，而不用辛苦地重新设计版图。这种 类型的按比例缩小称为光学收缩（optical shrink） ，因为它与使用光学方法使用现有掩膜 缩小的结果相同。 6. 光学收缩对所有尺寸的影响相同，但是有些尺寸比其他尺寸更难按比例缩小。选择性栅 极尺寸收缩所带来的好处略小于完整的光学收缩。 7. 按比例缩小定律最早从数字工艺发展而来。 CMOS 逻辑电路按比例缩小后的结果与预期 结果相同，但对于模拟电路或混合信号电路并非如此。
2. 漂移区的宽度决定了漏极耗尽区的宽度 Xd。漂移区应该做得恰好足够宽以支持所期望 的工作电压，但不能过宽。人们利用不同形式的自对准技术已经开发出几种可以控制漂 移区宽度的器件结构。 为了使交叠电容最小， 漂移区应与掺杂漏区以及多晶硅栅自对准。 下面为 2 种满足这些要求的结构：轻掺杂漏区（LDD）与双扩散漏区（DDD） 。
第四章
学习指导
学习目标与要求
MOS 晶体管及其版图
1．了解集成电路中有源器件 MOS 晶体管的结构 2．了解集成电路中有源器件 MOS 晶体管 版图定义、内涵及实质，掌握集成电路中有源器 件 MOS 晶体管版图的特点 3．掌握集成电路中有源器件 MOS 晶体管的特性、不同类型 MOS 晶体管版图设计及 MOS 晶体 管版图的失配及匹配的设计技巧 4． 基本掌握集成电路中有源器件 MOS 晶体管版图设计方法 学习重点 1．集成电路中有源器件 MOS 晶体管的特性 2．不同类型 MOS 晶体管版图设计及 MOS 晶体管版图的失配及匹配的设计技巧 学习难点 1．MOS 晶体管版图设计技巧及设计方法 2．MOS 晶体管版图的失配及匹配的设计方法及设计准则
第五节 浮栅晶体管及版图
浮栅由完全被氧化层包围的多晶硅组成， 可以使用热载流子注入的方法向栅极中注入电 荷，使晶体管从非导通状态转换到导通状态，对晶体管进行编程。载流子需要约 3.2eV 的能 量越过氧化层－－硅界面， 因此对浮栅器件进行行编程或者擦除需要产生能量大于 3.2eV 的 载流子。 4 种常用工艺可以产生所需的能量：1）加热；2）电离辐射；3）热载流子注入；4） Fowler-Nordheim 隧穿。 1. 加热：把晶圆加热到 4000C～5000C 时，能产生少量的高能载流子，同时也会达到由于 高温使得相对较少的电荷逐渐泄漏掉的目的。但最终得到的器件不能通过烘烤泄放电 荷，因为高温会引起塑料的分解和加速金焊线与铝金属之间化合物的形成。 2. 电离辐射：电离辐射也能产生高能载流子。一种紫外线光子的能量大约为 4.9eV，它能 够在几分钟内把浮栅器件的信息擦除，但同时也会影响器件的正常工作。因此紫外线照 射只能用来擦除未上电的器件。注意：模拟电路不采用紫外线擦除。 3. 热载流子注入：强电场也可以产生具有足够能量的热载流子。最早的 EPROM 通过源自 雪崩击穿结的热载流子注入进行编程。这种 EPROM 中使用的浮栅器件称为浮栅雪崩注 入金属氧化物半导体（FAMOS）晶体管。
第三节
N 阱和 P 阱工艺
1. 使用 P 型外延层，必须加入深的轻掺杂 N 型扩散区用于制作 PMOS 晶体管(图 A)；使用 N 型外延层，必须加入深的轻掺杂 P 型扩散区用于制作 NMOS 晶体管(图 B)；这种深扩 散区通常称为阱，N 型的成为 N 阱，P 型的成为 P 阱。
2. 有些工艺既包括 N 阱也包括 P 阱。在双阱工艺中，NMOS 做在 P 阱中，而 PMOS 做在 N 阱中。
3. 在许多需要 LDD 或者 DDD NMOS 晶体管的应用中仍使用普通的 PMOS 晶体管。 PMOS
器件只需要一次源/漏注入，所以也叫做单扩散漏区（SSD）晶体管。SDD PMOS 具有氧 化侧壁隔离的结构，也叫埋层沟道轻掺杂漏区（BCLDD） ，如下图。
4. 现代亚微米 CMOS 工艺拓展了轻掺杂漏区技术， 不再对整个背栅惊醒相同的掺杂， 而是 只注入轻掺杂漏区周围的部分区域形成重掺杂。 这些区域称为口袋注入， 或者穿通阻止。 如下图所示。口袋注入可以减小阈值电压的背栅调制效应，否则这将成为亚微米应该在 0.6～0.8V 之间。天然的或固有阈值电压取决于栅 和背的掺杂及栅氧化层的厚度。 自然 NMOS 的本征阈值通常恰好低于 0.6V,而自然 PMOS 本征阈值的幅度恰好大于 0.8V。 2. 通过对沟道的注入可以改变 MOS 晶体管的阈值电压。P 型注入使阈值电压正向移动，N 型注入使阈值电压负向移动。 3. 假如初始掺杂浓度选得合适的话，单独使用硼注入就可以调整两种类型晶体管的阈值电 压。这种硼注入成为阈值调整注入，或者简称为阈值调整。进行了这种注入的晶体管称 为调整晶体管，而那些没有进行注入的晶体管称为天然的或自然的晶体管。 4. 许多工艺都提供自然晶体管作为一个工艺选项，该选项需要一层单独的掩膜，正确的名 称是阈值调整注入掩膜，但是更做的被称为固有 Vt 掩膜。与其相关的编码层也有多个 名称，本书中称为 NatVT。 5. NatVT 的图形应该略微与沟道区交叠以防止对版误差和横向扩散。
二、按比例缩小的晶体管的版图
1. 按比例缩小定律分为两大类，在这两类中都假定宽度和长度要乘以一个比例因子 S。
2. 随着晶体管尺寸越来越小，避免热载流子的产生和穿通击穿变得十分困难。 3. 晶体管尺寸的缩小实际上改善了它的性能。减小尺寸使得寄生电容变小，而开关速度变 快。 4. 小尺寸晶体管不仅开关速度变快，而且翻转时的功耗降低。
4. 多叉指的大晶体管需要把衬底接触孔做在其体内区，这通常可以通过该每隔一段距离放 置一个贯穿晶体管的条状衬底接触孔实现（见图 11.24A） 。尽管这些叉指状衬底接触条 缩短了与衬底接触孔之间的距离，但同时也显著增大了晶体管的面积。有些工艺语序另 一种类型的衬底接触孔，由置于晶体管源区叉指内部小孔的小面积塞状背栅扩散区构成 （11.24B） 。
第二节 PMOS 晶体管及版图 一、PMOS 晶体管概述
1. PMOS 晶体管的方程： 当 0≥VDS>Vgst 时（线性区)，
I D k(V gst
VDS )VDS 2
当 VDS≤Vgst 时（饱和区） ，
k I D V 2 gst 2
2. 两种类型的 PMOS 晶体管（A）增强型 PMOS； （B）耗尽型 PMOS
三、不同的结构的晶体管的版图
1. 图 11.7（A）显示了一种由 3 个部分组成的晶体管版图，这些并行的叉指不仅使对宽长 比的调整更加便利，而且由于相邻的部分共享源、漏叉指，从而节约了面积。相邻源/ 漏叉指的合并也使寄生结电容的减小达到 50﹪。被分成偶数个部分的晶体管的源/漏叉 指数目总是奇数（11.17B）
2. 不相同的宽度需要使用带有凹口的沟槽 （图 11.8） ， 图中的晶体管 M1 和 M2 公用一个源 区，故漏区叉指占据着阵列的两端。对于这种结构不能使用相邻的背栅接触孔，所以将 背栅接触孔放置在与器件存在一定距离的位置。
3. CMOS 版图使用了合并器件从而节约了面积且减小了电容。图 11.19 显示了一个简单的 二输入与非门（NAND）的版图，并以此为例展示了许多常用的技术。
FAMOS 晶体管解剖图 4. Fowler-Nordheim 隧穿：Fowler-Nordheim 隧穿可向浮栅注入热电子，也可把热电子从浮 栅中去除。浮栅隧穿氧化层（FOTOX）晶体管就是利用此效应进行编程与擦除的，如下
图。
第六节 扩展电压晶体管及版图 一、 LDD 与 DDD 晶体管
1. 所有的扩展电压晶体管都包含某种特殊的漏区结构，这种结构可以吸收一部分穿越沟道 的电场，下图为饱和 MOS 管中穿过漏区端的横向电场强度曲线。
(A)
(B)
3. 器件跨导 k 决定了在给定 Vgst 的情况下流过 MOS 管的漏极电流大小， 可表明一个 MOS 2 管的尺寸。器件跨导的单位是 A/V2 或者μA/V 。 k’是一个常数，叫做工艺跨导， 为载流子的有效迁移率，
k k'(W / L)
k'
n r tox
。
4. 阈值电压 Vt 是指当背栅与源极连接在一起时使能栅介质下面恰好产生沟道所需要的栅 源电压。MOS 管的阈值电压与以下因素有关：栅极电材料，背栅掺杂，栅氧化层厚度， 表面态电荷密度，氧化层中的电荷密度（固定点荷和可用电荷） 。
3. 与双阱工艺相比，单阱工艺简单且成本低，但亚微米工艺通常需要两种阱。 4. 由于某些原因，N 阱工艺要优于 P 阱工艺。N 阱工艺的衬底可以与公共地相相连，但 P 阱工艺的衬底必须与电源的最高位相连。P 阱工艺不适用于多电源系统。
第四节 特殊结构 MOS 晶体管版图 一、自然晶体管的版图
采用 NatVT 的自然晶体管版图：
4. 有些设计中腰用到长沟道晶体管，这种器件最便捷的版图由放置在一块多晶硅板下的条 状 NMoat 和 PMoat 组成。如果使用折叠形式的沟槽将得到非常简洁的版图（图 11.20） 。
5. MOS 晶体管的漏区电容限制了其开关速度和频率响应。为了能够确实提高开关速度， 就必须减小漏区电容与晶体管宽度之比 CD/w。环形晶体管将提供最小的 CD/w 值，但 会以增大源区电容为代价减小漏区电容。 6. 环形晶体管有两种基本类型：一种是采用正方形的栅极（见图 11.21A） ，另一种是采用 圆形的栅极（见图 11.21B） 。
IT RB 2 1 c12 12 Vtrig 12 1
（11.14B）
3. NMOS 的背栅必须连在低于或等于源极的电位上而 PMOS 的背栅必须连在大于或等于 源极的电位上。在很多应用中都把背栅与源极相连，然而一些晶体管会工作在很难或无 法区分源极和漏极的情况下，这时必须把背栅连到与源极不同的电位，并通过体效应提 高阈值电压。
三、背栅接触晶体管的版图
1. 所有 MOS 晶体管都需要对背栅进行电连接，即使一般情况下没有电流流过这些连接。 没有背栅接触孔或者背栅电阻过大的晶体管很容易发生闩锁效应。 2. 这种闩锁效应可以建立数学模型。 假设测试电流 IT 流过 MOS 晶体管 M1 的源/漏结。 为 了防止 M1 和互补 MOS 晶体管 M2 之间发生闩锁效应，下面的不等式中至少应有一个 成立： 12 21 1-c12 1-c21 1 （11.14A）
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第七章 场效应管及其基本放大电路
N沟道增强型MOS管的输出特性曲线
7
（3） uDS和uGS同时作用时
uDS一定，uGS变化时 给定一个uGS ，就有一条不同的 iD – uDS 曲线。
iD / mA 预夹断临界点轨迹 uDS = uGS - Uth 可变电阻区 7V
8 6 4 2 0 饱和区 6V 5V 4V uGS = 3V 截止区 0 5 10 15 20 uDS / V
低频跨导：
gm iD u GS
U
DS
夹断区（截止区）
常量
不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。
20
7.3场效应管的分类
工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性
N 沟道 ( u GS ＜ 0， u DS ＞ 0 ) 结型 P 沟道 ( u GS ＞ 0， u DS ＜ 0 ) N 沟道 ( u GS ＞ 0， u DS ＞ 0 ) 场效应管 增强型 P 沟道 ( u GS ＜ 0， u DS ＜ 0 ) 绝缘栅型 N 沟道 ( u GS 极性任意， u DS ＞ 0 ) 耗尽型 P 沟道 ( u GS 极性任意， u DS ＜ 0 )
场效应管工作在恒流区的条件是什么？
17
3. JFET特性
iD / mA 可变电 阻区 -1V 恒流区 -2V -3V -4V -5V 0 (a) 输出特性曲线 夹断区 uDS / V UP -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 uGS / V (b) 转移特性曲线 预夹断轨迹 uGS = 0V iD / mA IDSS
各种场效应管的特性比较（2）
结构类型
工作 方式 增 强 型
电路符号
转移特性曲线
第七章MOS管模拟集成电路设计基础ppt课件
威尔逊电流镜正是
这样的结构。
NMOS威尔逊电流
镜的电路如右图所示。
提高输出电阻的基本
原理是在M1的源极接 有M2而形成的电流 串联负反馈。
图7.3.2 NMOS威尔逊电流镜
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
(3)自给基准电流的结构 如果在电流镜中的
参考电流就是一个恒流 (如右图所示) 那么，
整个电路中的相关支路 电流就获得了稳定不变 的基础。
图6-3-14
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
右图给出了 一种自给基准电 流的结构形式。M1、 M2、M3组成了一个 两输出支路的 NMOS电流镜，M4、 M5和M6组成了两输 出 支 路 的 PMOS 电 流 镜 。 M7 、 M8 和 R 所构成的“启动” 电路 。
4) 参考支路电流Ir 形成参考支路的电流的基本原理很简单，只要能够形成对
电源(NMOS电流镜)或对(PMOS电流镜)的通路即可。 (1)简单的电阻负载参考支路
图6-3-11
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
图6-3-18
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
MOS管基本原理(经典图文动画).
MOS场效应管一、二极管三极管MOS器件基本原理P-N结及其电流电压特性晶体二极管为一个由p 型半导体和n 型半导体形成的p-n 结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。
当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。
当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流：。
当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0 。
当外加的反向电压高到一定程度时，p-n 结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。
双极结型三极管相当于两个背靠背的二极管PN 结。
正向偏置的EB 结有空穴从发射极注入基区，其中大部分空穴能够到达集电结的边界，并在反向偏置的CB 结势垒电场的作用下到达集电区，形成集电极电流IC 。
在共发射极晶体管电路中, 发射结在基极电路中正向偏置, 其电压降很小。
绝大部分的集电极和发射极之间的外加偏压都加在反向偏置的集电结上。
由于VBE 很小，所以基极电流约为IB= 5V/50 k Ω= 0.1mA 。
如果晶体管的共发射极电流放大系数β= IC / IB =100, 集电极电流IC= β*IB=10mA。
在500Ω的集电极负载电阻上有电压降VRC=10mA*500Ω=5V，而晶体管集电极和发射极之间的压降为VCE=5V，如果在基极偏置电路中叠加一个交变的小电流ib，在集电极电路中将出现一个相应的交变电流ic，有c/ib=β，实现了双极晶体管的电流放大作用。
金属氧化物半导体场效应三极管的基本工作原理是靠半导体表面的电场效应，在半导体中感生出导电沟道来进行工作的。
当栅G 电压VG 增大时，p 型半导体表面的多数载流子棗空穴逐渐减少、耗尽，而电子逐渐积累到反型。
MOS管MOS管结构原理图解
MOS管MOS管结构原理图解mos管是金属（metal）—氧化物（oxide）—半导体（semiconductor）场效应晶体管，或者称是金属—绝缘体（insulator）—半导体。
MOS管的source和drain是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。
在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。
这样的器件被认为是对称的。
双极型晶体管把输入端电流的微小变化放大后，在输出端输出一个大的电流变化。
双极型晶体管的增益就定义为输出输入电流之比（beta）。
另一种晶体管，叫做场效应管（FET），把输入电压的变化转化为输出电流的变化。
FET的增益等于它的transconductance，定义为输出电流的变化和输入电压变化之比。
市面上常有的一般为N 沟道和P沟道，详情参考右侧图片（N沟道耗尽型MOS管）。
而P沟道常见的为低压mos管。
场效应管通过投影一个电场在一个绝缘层上来影响流过晶体管的电流。
事实上没有电流流过这个绝缘体，所以FET管的GATE电流非常小。
最普通的FET用一薄层二氧化硅来作为GATE极下的绝缘体。
这种晶体管称为金属氧化物半导体（MOS）晶体管，或，金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）。
因为MOS管更小更省电，所以他们已经在很多应用场合取代了双极型晶体管。
mos管优势1.可应用于放大。
由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。
2.很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。
常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。
3.可以用作可变电阻。
4.可以方便地用作恒流源。
5.可以用作电子开关。
6.在电路设计上的灵活性大。
栅偏压可正可负可零，三极管只能在正向偏置下工作，电子管只能在负偏压下工作。
另外输入阻抗高，可以减轻信号源负载，易于跟前级匹配。
MOS管结构原理图解1、结构和符号（以N沟道增强型为例）在一块浓度较低的P型硅上扩散两个浓度较高的N型区作为漏极和源极，半导体表面覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。
MOS场效应晶体管(7)课件
MOS场效应晶体管的基本结构通常是一个四端器件，其基 本结构如图所示。
MOS场效应晶体管(7)课件
7.1.2 MOS场效应晶体管工作原理 如果在栅源之间加上电压VGS，就会产生一个垂直于氧化
物-半导体界面的电场，栅极下方的半导体一侧表面会出现表 面电荷。随着栅极外加电压的变化，表面电荷的数量随之改 变。
共源n沟道MOSFET高频小信号等效电路
MOS场效应晶体管(7)课件
MOS场效应晶体管(7)课件
7.2.6 MOS场效应晶体管开关特性 MOS场效应晶体管的开关特点是：
① 电压控制； ② 导通类型是电阻型，残余电压为0； ③ 在保证衬底和漏、源之间P-N结不正向偏置的前提下，给衬
底加一定的偏压电路，D、S之间可以实现双向导通； ④ 1. 静态开关特性
MOS场效应晶体管(7)课件
2. 动态开关特性 1）MOS晶体管的极间电容 2）动态开关过程
MOS场效应晶体管(7)课件
MOS场效应晶体管(7)课件
7.2.2 MOS场效应晶体管转移特性
由于MOS场效应晶体管输入阻抗大，输入回路电流可以忽
略不计，因此我们通常分析输出的漏极电流ID和输入的栅源 极间电压VGS的关系，也就是MOSFET的转移特性，MOSFET的转 移特性反应的是VGS对ID及沟道的控制作用。
n沟道增强型 MOSFET转移特性曲线
MOS场效应晶体管(7)课件
7.1.3 MOS场效应晶体管的分类 MOS场效应晶体管有增强型和耗尽型两种。
增强型
耗尽型
MOS场效应晶体管(7)课件
MOS场效应晶体管(7)课件
7.2 MOS场效应晶体管特性 7.2.1 MOS场效应晶体管输出特性
输出特性考虑的是当MOS场效应管开启，在不同栅极电压 作用下，输出漏极电流和漏源极间电压的关系。
MOS场效应晶体管课件
形，如图6.2 。
必须指出，上述讨论未考虑到反型层中的电子是哪 里来的。若该MOS电容是一个孤立的电容，这些电子只 能依靠共价键的分解来提供，它是一个慢过程，ms级。
2023/12/22
15
MOS电容—测量
若测量电容的方法是逐点测量法—一种慢进 程，那么将测量到这种凹谷曲线。
① ⑤
②
③
④
图 5.2
区，栅极与源极扩散区都存
在着某些交迭，故客观上存
在着Cgs和Cgd。当然，引出 线之间还有杂散电容，可
以计入Cgs和Cgd。
图 5.3
2023/12/22
18
MOS电容的计算
Cg、Cd的值还与所加的电压有关:
1）若Vgs<VT，沟道未建立，MOS管漏源沟道不通。 MOS电容 C = Cox，但C 对Cd无贡献。
2023/12/22
16
MOS电容凹谷特性测量
若测量电容采用高频方法，譬如，扫频方法， 电压变化很快。共价键就来不及瓦解，反型层就 无法及时形成，于是，电容曲线就回到Cox值。 然而，在大部分场合，MOS电容与n+区接在一 起，有大量的电子来源，反型层可以很快形成， 故不论测量频率多高，电压变化多快，电容曲线 都呈凹谷形。
2023/12/22
6
MOSFET特性曲线
在非饱和区 Ids Vds C a1Vgs b1 线性工作区
在饱和区 Ids a2 Vgs VT 2
(Ids 与 Vds无关) . MOSFET是平方律器件!
Ids
饱和区
线性区
击穿区
0
2023/2 MOSFET电容的组成
的二倍。它不仅抵消了空穴，成为本征半导体，而
且在形成的反型层中，电子浓度已达到原先的空穴 浓度这样的反型层就是强反型层。显然，耗尽层厚 度不再增加，CSi也不再减小。这样，
必须指出，上述讨论未考虑到反型层中的电子是哪 里来的。若该MOS电容是一个孤立的电容，这些电子只 能依靠共价键的分解来提供，它是一个慢过程，ms级。
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MOS电容—测量
若测量电容的方法是逐点测量法—一种慢进 程，那么将测量到这种凹谷曲线。
① ⑤
②
③
④
图 5.2
区，栅极与源极扩散区都存
在着某些交迭，故客观上存
在着Cgs和Cgd。当然，引出 线之间还有杂散电容，可
以计入Cgs和Cgd。
图 5.3
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MOS电容的计算
Cg、Cd的值还与所加的电压有关:
1）若Vgs<VT，沟道未建立，MOS管漏源沟道不通。 MOS电容 C = Cox，但C 对Cd无贡献。
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MOS电容凹谷特性测量
若测量电容采用高频方法，譬如，扫频方法， 电压变化很快。共价键就来不及瓦解，反型层就 无法及时形成，于是，电容曲线就回到Cox值。 然而，在大部分场合，MOS电容与n+区接在一 起，有大量的电子来源，反型层可以很快形成， 故不论测量频率多高，电压变化多快，电容曲线 都呈凹谷形。
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MOSFET特性曲线
在非饱和区 Ids Vds C a1Vgs b1 线性工作区
在饱和区 Ids a2 Vgs VT 2
(Ids 与 Vds无关) . MOSFET是平方律器件!
Ids
饱和区
线性区
击穿区
0
2023/2 MOSFET电容的组成
的二倍。它不仅抵消了空穴，成为本征半导体，而
且在形成的反型层中，电子浓度已达到原先的空穴 浓度这样的反型层就是强反型层。显然，耗尽层厚 度不再增加，CSi也不再减小。这样，
《mos管工作原理》ppt课件
数字电路
用于逻辑电路、时序电路等。
其他应用
如LED驱动、传感器等。
02
Mos管的结构与原理
Mos管的内部结构
金属层
作为导电通道，提供良好 的电导性。
氧化层
作为绝缘层，隔离金属层 和其他部分。
半导体层
作为电流控制开关，通过 调节电压来控制电流的通 断。
Mos管的电路符号
箭头表示开关状态
箭头朝上表示开关导通，箭头朝下表示开关断开。
03
Mos管的特性与参数
Mos管的直流特性
开启电压
Mos管在导通之前需要达到 一定的电压才能开启。
导通电阻
Mos管导通后，有一定电阻值， 影响电流的流通。
截止电压
当Mos管两端电压小于某一特定值 时，管子处于关断状态。
Mos管的频率特性
频率响应
Mos管在高频信号下的响应能 力，受到寄生参数和电容的影
它由金属、氧化物和半导体材料制成，具有极高的电路集成 度和可靠性。
Mos管的分类
01
02
03
按开关速度分类
分为高速型和低速型两类 。
按工作方式分类
分为N沟道和P沟道两类 。
按结构形式分类
分为单极型、双极型和互 补型三类。
Mos管的应用场景
电源电路
用于开关电源、DC/DC转换器等。
模拟电路
用于放大器、振荡器等。
THANKS
感谢观看
集成元件控制电路
02
使用集成元件（如运算放大器、比较器等）构成开关控制电路
。
数字信号控制电路
03
使用数字信号（如TTL、CMOS等）构成开关控制电路。
Mos管的保护电路
过电压保护电路
MOS管原理ppt课件
P沟道，由D极指向S极。
11
电路符号
S极 G极
D极 S极 G极
N沟道
上面方法不太好记， 一个简单的识别方法是：
（想像DS边的三节断续线是连通的）
P沟道
不论N沟道还是P沟道MOS管， 中间衬底箭头方向和寄生二极管的箭 头方向总是一致的：
要么都由S指向D， 要么都由D指向S。
D极
12
电路符号
4 它能干吗用呢？
++169VV G极
截止条件：
导通
UG=US=19V。
D极 +01V9V
导通条件： UG比US小10V以上， UG=US-13V=6V。
24
电路符号
隔离作用：
如果我们想实现线路上电流的单向流通， 比如只让电流由A-B，阻止由B-A 请问可以怎么做？
A
B
方法1：加入一个二级管
A
B
25
电路符号
方法2：加入MOS管
回顾前面的例子，你找到它们的规律了吗？
小提示： MOS管中的寄生二极管方向是关键。
17
电路符号
小结：“MOS管用作开关时在电路中的连接方法”
NMOS管：
D极接输入； S极接输出。
PMOS管：
S极接输入； D极接输出。
输出端
S极
G极
N沟道
输入端
S极
G极
P沟道
D极
输入端
导通时
D极
输出端
导通时
18
电路符号
30
电路符号
讨论：“不用Q2隔离，或者是Q2被击穿短路时大电流的原因”
电池电压一般是在12V以下，我们就将其看作12V。19V电 源呢，我们也可以当作一个大电池，那么一个19V的电池和一 个12V的电池如下相连，导线中电流会是多少呢？
11
电路符号
S极 G极
D极 S极 G极
N沟道
上面方法不太好记， 一个简单的识别方法是：
（想像DS边的三节断续线是连通的）
P沟道
不论N沟道还是P沟道MOS管， 中间衬底箭头方向和寄生二极管的箭 头方向总是一致的：
要么都由S指向D， 要么都由D指向S。
D极
12
电路符号
4 它能干吗用呢？
++169VV G极
截止条件：
导通
UG=US=19V。
D极 +01V9V
导通条件： UG比US小10V以上， UG=US-13V=6V。
24
电路符号
隔离作用：
如果我们想实现线路上电流的单向流通， 比如只让电流由A-B，阻止由B-A 请问可以怎么做？
A
B
方法1：加入一个二级管
A
B
25
电路符号
方法2：加入MOS管
回顾前面的例子，你找到它们的规律了吗？
小提示： MOS管中的寄生二极管方向是关键。
17
电路符号
小结：“MOS管用作开关时在电路中的连接方法”
NMOS管：
D极接输入； S极接输出。
PMOS管：
S极接输入； D极接输出。
输出端
S极
G极
N沟道
输入端
S极
G极
P沟道
D极
输入端
导通时
D极
输出端
导通时
18
电路符号
30
电路符号
讨论：“不用Q2隔离，或者是Q2被击穿短路时大电流的原因”
电池电压一般是在12V以下，我们就将其看作12V。19V电 源呢，我们也可以当作一个大电池，那么一个19V的电池和一 个12V的电池如下相连，导线中电流会是多少呢？
第七章 MOS管模拟集成电路设计基础
2. 以多晶硅作为下极板的MOS电容器 以多晶硅作电容器下极板所构造的MOS电容器是无极性电
容器，如下图所示。这种电容器通常位于场区，多晶硅下极板 与衬底之间的寄生电容比较小。
（a）金属做上极板 （b）多晶硅做上极板 图7.2.3 多晶硅为下极板的MOS电容器结构
3.薄膜电容器 在某些电路中，需用较大的电容或对电容有某些特殊要求，
7.2 MOS模拟集成电路中的基本元器件
7.2.1 模拟集成电路中电阻器----无源电阻和有源电阻
1. 掺杂半导体电阻 (1)扩散电阻
所谓扩散电阻是指采用热扩散掺杂的方式构造而成的电阻。 这是最常用的电阻之一，工艺简单且兼容性好，缺点是精度稍 差。 (2)离子注入电阻
同样是掺杂工艺，由于离子注入工艺可以精确地控制掺杂 浓度和注入的深度，并且横向扩散小，因此，采用离子注入方 式形成的电阻的阻值容易控制，精度较高。
社，2004年5月（21世纪高等学校电子信息类教材）.
第七章 MOS管模拟集成电路设计基础 7.1 引言
1、采用数字系统实现模拟信号处理 现实世界中的各种信号量通常都是以模拟信号的形式出现
的，设计一个电路系统的基本要求，就是采集与实现系统功能 相关的模拟信号，按系统的功能要求对采集的信号进行处理， 并输出需要的信号（通常也是模拟量）。
1、电流偏置电路
在模拟集成电路中，电流偏置电路的基本形式是电流
镜。所谓的电流镜是由两个
或多个并联的相关电流
支路组成，各支路的电
流依据一定的器件比例
关系而成比例。
Hale Waihona Puke 1) NMOS基本电流镜NMOS基本电流镜
由两个NMOS晶体管组 成，如图7.3.1所示。
图7.3.1 NMOS基本电流镜
半导体集成电路_07MOS反相器-MOS晶体管.
非饱和区
饱和区
非饱和区的电流方程:
I DS W 1 Cox [(VGS VTH )VDS VDS 2 ] L 2
VDSsat=VGS-VTH
饱和区的电流方程:
VDS
G
S
I DS
1 W Cox (VGS VTH ) 2 2D L'
n+
n+
记住
p型硅基板
2018/12/2
ID
VGS
VDS VGS VTH
MOS晶体管
载流子的饱和速度引起的 Early Saturation
◙沟道长小于1微米时，NMOS饱和 ◙ NMOS和PMOS的饱和速度基本相同 ◙ PMOS不显著
饱和早期开始
2018/12/2
微小MOS晶体管
短沟道MOS晶体管电流解析式
2018/12/2
微小MOS晶体管
非饱和区
饱和区
VDSsat=VGS-VTH
VDS
I DS Cox W 1 [(VGS VTH )VDS VDS 2 ] (0<VDS<VGS-VTH) L 2
(0< VGS-VTH < VDS)
ID
I DS
2018/12/2
1 W Cox (VGS VTH ) 2 2 L'
VTH
VTH
VTH
影响MOS晶体管特性的几个重要参数 • MOS晶体管的宽长比（W/L)
栅极氧化膜的厚度tox
• MOS晶体管的开启电压VTH
沟道的掺杂浓度（NA) 衬底偏压（VBS)
2018/12/2
NMOS的IDS-VDS特性（沟道长>1m)