MOS管的三個(gè)二級(jí)效應(yīng)

前面給大家分享了MOS管的結(jié)構(gòu)，符號(hào)，閾值電壓，四種工作狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)的漏電流公式和跨導(dǎo)的定義公式，相信大家對(duì)MOS管的工作原理有了一定的了解，這篇給大家介紹后續(xù)電路分析中不可缺少的MOS管的三個(gè)二級(jí)效應(yīng)。

體效應(yīng)

在我們之前的分析中，我們都認(rèn)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(duì) NMOS 管而言，襯底通常接電路的最低電位(GND)，有VBS < 0 ;

對(duì) PMOS 管而言，襯底通常接電路的最高電位(VDD)，有VBS > 0 。

這時(shí)，MOS管的閾值電壓將隨其源極和襯底之間電位的不同而發(fā)生變化，這一效應(yīng)稱(chēng)為“體效應(yīng)”，又稱(chēng)為“背柵效應(yīng)”。

從對(duì) MOS 管工作原理的分析中我們知道，隨著VGS的上升，襯底內(nèi)部的電子向襯底表面運(yùn)動(dòng)，并在襯底表面產(chǎn)生了耗盡層。 當(dāng)VGS上升到一定的電壓——閾值電壓時(shí)，柵極下的襯底表面發(fā)生反型，NMOS管在源漏之間開(kāi)始導(dǎo)電。 閾值電壓的大小和耗盡層的電荷量有關(guān)，耗盡層的電荷量越多，NMOS 管的開(kāi)啟就越困難，閾值電壓就越高。 當(dāng)VBS > 0時(shí)，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(nèi)的電荷量增加，所以造成閾值電壓變大。 在考慮體效應(yīng)后，閾值電壓Vth為：

其中Vth0為VBS=0時(shí)的閾值電壓，r是體效應(yīng)系數(shù)，VSB是源襯電勢(shì)差。

體效應(yīng)通常是我們不希望有的。 因?yàn)殚撝惦妷旱淖兓?jīng)常會(huì)使模擬電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜化。

溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)

在對(duì)MOS管工作原理的分析中，我們知道，當(dāng)柵和漏之間的電壓差增大時(shí)，實(shí)際的反型溝道逐漸減小。 也就是說(shuō)在式中，L'實(shí)際上是VDS的函數(shù)。 這一效應(yīng)稱(chēng)為“溝道長(zhǎng)度調(diào)制”在飽和區(qū)，我們可以得到：

如圖所示，這種現(xiàn)象使得ID /VDS特性曲線(xiàn)在飽和區(qū)出現(xiàn)非零斜率，因而使得源和漏之間的電流源非理想。

需要注意的時(shí)，只當(dāng)器件工作在飽和區(qū)時(shí)，需要考慮溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)。 在三極管區(qū)，不存在溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)。

亞閾值導(dǎo)電性

在分析MOSFET時(shí)，我們一直假設(shè)：當(dāng)VGS下降到低于VTH時(shí)器件會(huì)突然關(guān)斷。 實(shí)際上，當(dāng)VGS約等于VTH時(shí)，一個(gè)“弱”的反型層仍然存在。 甚至當(dāng)VGS

式中，I0正比于W/L，VT=kT/q。 我們稱(chēng)器件工作在弱反型區(qū)，當(dāng)VGS >VTH時(shí)，器件工作在強(qiáng)反型區(qū)。 亞閾值導(dǎo)電會(huì)導(dǎo)致大的功率損耗，造成不必要的功率消耗。