MOS管的二級效應解析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-03-22
體效應
我們都認為MOS管的襯底和源極相連，即VBS=0。但在很多情況下，源極和襯底的電位并不相同。
對NMOS管而言，襯底通常接電路的最低電位（GND），有VBS《0；
對PMOS管而言，襯底通常接電路的最高電位（VDD），有VBS》0。
這時，MOS管的閾值電壓將隨其源極和襯底之間電位的不同而發生變化，這一效應稱為“體效應”，又稱為“背柵效應”。
從對MOS管工作原理的分析中我們知道，隨著VGS的上升，襯底內部的電子向襯底表面運動，并在襯底表面產生了耗盡層。當VGS上升到一定的電壓——閾值電壓時，柵極下的襯底表面發生反型，NMOS管在源漏之間開始導電。
閾值電壓的大小和耗盡層的電荷量有關，耗盡層的電荷量越多，NMOS管的開啟就越困難，閾值電壓就越高。
當VBS》0時，柵極和襯底之間的電位差加大，耗盡層的厚度也變大，耗盡層內的電荷量增加，所以造成閾值電壓變大。在考慮體效應后，閾值電壓Vth為：
其中Vth0為VBS=0時的閾值電壓，r是體效應系數，VSB是源襯電勢差。
體效應通常是我們不希望有的。因為閾值電壓的變化經常會使模擬電路的設計復雜化。
在對MOS管工作原理的分析中，我們知道，當柵和漏之間的電壓差增大時，實際的反型溝道逐漸減小。也就是說在式中，L‘實際上是VDS的函數。這一效應稱為“溝道長度調制”在飽和區，我們可以得到：
如圖所示，這種現象使得ID/VDS特性曲線在飽和區出現非零斜率，因而使得源和漏之間的電流源非理想。
需要注意的是，只當器件工作在飽和區時，需要考慮溝道長度調制效應。在三極管區，不存在溝道長度調制效應。
在分析MOSFET時，我們一直假設：當VGS下降到低于VTH時器件會突然關斷。實際上，當VGS約等于VTH時，一個“弱”的反型層仍然存在。甚至當VGS《VTH時，ID也并非是無限小，而是與VGS呈現指數關系。
這種效應稱為“亞閾值導電”。當VDS大于100mV左右時，這一效應可以用公式表示為：
式中，I0正比于W/L，VT=kT/q。我們稱器件工作在弱反型區，當VGS》VTH時，器件工作在強反型區。亞閾值導電會導致大的功率損耗，造成不必要的功率消耗。
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