體效應(yīng),體效應(yīng)公式,MOS管體效應(yīng)襯偏效應(yīng)-KIA MOS管

體效應(yīng)詳解

在許多應(yīng)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(jié)是零電壓偏置。此時(shí)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(jié)都是截止?fàn)顟B(tài)，底物在NMOS中通常被連接到最小負(fù)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(jié)會(huì)對(duì)元器件造成影響。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，考慮一個(gè)NMOS并且讓它的底物電壓比源極電壓低（此時(shí)pn結(jié)反向偏置）。反向偏置的電壓將會(huì)擴(kuò)大耗散區(qū)的體積，這回加深溝道的深度，這會(huì)導(dǎo)致iD增大，為了使得MOS回到原來(lái)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(guān)系由下面的表達(dá)式給出：

在這里Vt0是在VSB= 0條件下的閾值電壓，?f是一個(gè)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(dá)式給出：

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(yīng)了增大VSB會(huì)導(dǎo)致 Vt的增加，盡管VGS保持恒定的情況下也會(huì)增大ID 。換句話說(shuō)，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(gè)效應(yīng)稱為體效應(yīng) 。這里 γ 稱為體效應(yīng)參數(shù)。

MOS管體效應(yīng)襯偏效應(yīng)

當(dāng)MOS管源端電勢(shì)大于襯底電勢(shì)（VS＞VB  ）時(shí)，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(dòng)的負(fù)離子（負(fù)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(shì)大于襯底電勢(shì)？

因?yàn)閷?duì)于CMOS芯片來(lái)說(shuō)，特別是數(shù)字芯片來(lái)說(shuō)，其襯底電壓會(huì)存在一定的波動(dòng)，如果不對(duì)襯底電壓進(jìn)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(jié)正偏。MOS管失效，所以需要在襯底與源之間加上適當(dāng)?shù)姆雌妷海员ＷCMOS的工作狀態(tài)。這個(gè)電壓也時(shí)常被稱為襯偏電壓。

2.體效應(yīng)有什么影響？

1、耗盡層展寬使得閾值電壓VT升高，進(jìn)而影響器件的GM和IDS等性能。因?yàn)檫@些器件性能均與VT相關(guān)。

2、襯底摻雜濃度越高，襯偏效應(yīng)就越明顯，以典型的CMOS工藝為例，PMOS的襯偏效應(yīng)會(huì)大于普通NMOS的襯偏效應(yīng)，因?yàn)橹谱鱌MOS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(dú)控制電壓。

3、當(dāng)芯片工作時(shí)，MOS管源極的電壓會(huì)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(yīng)，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(yīng)。稱為襯偏電容，該電容會(huì)明顯影響器件的開(kāi)關(guān)速度。

5、背柵調(diào)制效應(yīng)作用對(duì)應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交流電阻。該電阻會(huì)使的MOS管的輸出電阻降低，電壓增益下降。

在設(shè)計(jì)中如何降低體效應(yīng)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(jìn)電路結(jié)構(gòu)。對(duì)于某些不能將源漏短接的情況，便只能在電路結(jié)構(gòu)層面上進(jìn)行改進(jìn)。如在CMOS中采用有源負(fù)載。

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