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        設計應用

        MOS場效應管結構電容壓控特性分析

        時間:2021/1/26閱讀:2234 關鍵詞:MOS場效應管

        理想MIS結構電容壓控特性

        理想狀態:半導體表面電場效應特點,多子堆積狀態+多子耗盡狀態+少子反型狀態,相互并不聯系;

        實際狀態:堆積狀態+耗盡狀態有平帶狀態,

        耗盡狀態率反型狀態,是弱反型直強反型態,壓控特性連續變化;

         

        如:交變電壓頻率高,反型層中少子產生與復合,趕不上外電場變化,數量不變,耗盡區電荷變化決定空間電荷區電容,反型區內電容壓控特性有準靜態和高頻情形區別;

        PMOS場效應連接成壓控可變電容

        如下圖所示

        MOS場效應管結構電容壓控特性分析

         

        PMOS場效應變容管連接+壓控特性

        短接++襯底

        然后把它當作電容一極接高電平,柵極=另一極接低電平

        電容值:與VBG 相關

        VBG=襯底與柵間電壓

         

        PMOS場效應變容管襯柵電壓VBG 影響,變容管電容作柵氧化層電容,與半導體空間電荷區電容串聯,表達式如下:

        MOS場效應管結構電容壓控特性分析公式

        VBG > 閾值電壓

        形成反型載流子溝道,變容管工作在強反型區域;

        VG=柵電位

        VB=襯底電位

        VG>VB,變容管進入積累區

        柵氧化層與半導體間界面電壓>0,電子自由移動;

         

        反型區積累區變容管電容值,表達式如下

        CV=COX=εOX/tox

        閾值反型點

        最大耗盡寬度 + 反型層電荷密度=0,此時的最小電容,表達式如下

        MOS場效應管結構電容壓控特性分析公式

         

        堆積耗盡模式間產生平帶,此時電容表達式

        MOS場效應管結構電容壓控特性分析公式

        MOS場效應管結構電容壓控特性分析公式

        為耗盡層的厚度

        εs=半導體的介電常數

        Φs=稱為表面勢

        Na=受主原子的濃度

        E=基本電荷的電量;

         

        MOS場效應管結構電容壓控特性分析公式

        反型轉折點空間電荷區最大寬度

         

        φf=Vtln(Na/ni)=雜質半導體襯底相對費米勢

        Vt= kT/e=熱電壓

        Ni=本征載流子濃度

        K=玻爾茲曼常數,

        T=絕對溫度

        εox=氧化層的介電常數

        tox為氧化層厚度

         

        PMOS場效應耗盡區+弱反型區+中反型區移動載流子少,因此電容Cv減小

        電容Cv < Cox

        Cv形成:氧化層電容Cox半導體表面空間電荷層電容串聯

        建立反型載流子溝道強反型區間分:弱反型區+中反型區+強反型區

        CbCi占主導MOS場效應管元件,工作中反型區或耗盡區;

        CbCi占主導MOS場效應管元件,工作在弱反型區;

        若:進入強反型區,分高頻+低頻

         

        高頻少數載流子產生與復合難以跟上信號變化,因此Cv偏壓不相關,

        低頻準靜態Cv偏壓變化;

        如下圖所示

        MOS場效應管結構電容壓控特性分析曲線