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溝道長度調制效應,溝道調制效應的概念,原理-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2024-08-21 

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溝道長度調制效應,溝道調制效應的概念,原理-KIA MOS管


溝道調制效應的概念

溝道調制效應是指MOS晶體管中,當柵下溝道預夾斷后,若繼續增大漏源電壓(Vds),夾斷點會略向源極方向移動,導致夾斷點到源極之間的溝道長度略有減小,有效溝道電阻也就略有減小,從而使更多電子自源極漂移到夾斷點,導致在耗盡區漂移電子增多,使漏源電流(Id)增大的效應。

溝道長度調制效應

溝道調制效應可以通過物理公式來解釋;在飽和區,漏極電流ID的公式為:ID=12μnCoxWL(VGS-VTH)2。為了解釋VDS對溝道長度的影響,引入溝道長度調制系數λ,將公式修正為:ID=12μnCoxWL(VGS-VTH)2(1+λVDS)。這個公式表明,漏源電壓VDS對漏極電流ID有調制作用,其中λ代表了這個調制系數。


溝道調制效應會影響晶體管的性能。一般來說,管子尺寸越大,其溝道長度調制效應越不明顯,Early電壓VA也越大。這意味著在大尺寸晶體管中,溝道長度調制效應的影響較小。


在實際應用中,了解并考慮溝道調制效應對于設計和優化MOS晶體管至關重要。例如,在非飽和區工作時,漏極附近的溝道厚度會比源區薄,這會影響晶體管的性能。通過理解和利用溝道調制效應,可以優化晶體管的設計,提高其性能。


溝道長度調制效應

溝道長度調制效應是指MOS晶體管中,柵下溝道預夾斷后、若繼續增大Vds,夾斷點會略向源極方向移動。導致夾斷點到源極之間的溝道長度略有減小,有效溝道電阻也就略有減小,從而使更多電子自源極漂移到夾斷點,導致在耗盡區漂移電子增多,使Id增大的效應。

溝道長度調制效應

以在加柵壓Vgs且形成導電溝道的情況下的NMOSFET為例。若漏源電壓Vds增大至不可忽略,溝道電壓降增大直至Vgd=VT時,由于柵漏之間電壓差降低,漏端附近反型層消失,稱為溝道夾斷。若繼續增大Vds,夾斷點將向源端移動,故"看起來",有效溝道長度減小,稱為溝道調制效應。


對于長溝器件而言,溝道變化長度△L遠小于原溝道長度,即△L可忽略,但在集成電路特征尺寸逐漸縮小的今天,溝道調制效應帶來的影響愈加不可忽視。


溝道長度調制效應是MOS晶體管中一個重要的物理現象,它發生在晶體管工作在飽和區時。當漏源電壓(Vds)增大,導致實際的反型層溝道長度逐漸減小,這一現象被稱為溝道長度調制效應。


具體來說,當MOS晶體管中的柵下溝道預夾斷后,若繼續增大Vds,夾斷點會略向源極方向移動,導致夾斷點到源極之間的溝道長度略有減小,有效溝道電阻也就略有減小。這一變化使得更多電子自源極漂移到夾斷點,導致在耗盡區漂移電子增多,從而使漏極電流(Id)增大。這種效應是MOS結構的一個二級效應,對MOS晶體管的工作特性和性能有著重要影響。


溝道長度調制效應的影響在于,當漏源電壓增加時,速度飽和點在從漏端向源端移動,使得漏源電流隨漏源電壓增加而增加。在飽和區,D和S之間電流源非理想,這是因為溝道長度是漏源電壓的函數,導致漏極電流增加。這種效應在短溝道器件中尤為明顯,因為短溝道器件的場強較大,速度飽和效應可能先于溝道夾斷導致電流飽和。


此外,溝道長度調制效應還可以被用作放大器的有源負載,因為它能提供電流并能提供大的輸出阻抗,實現較大增益。在仿真中,通過調整溝道長度和寬度參數,可以觀察到溝道長度越短,輸出電阻越小,做放大器的有源負載增益也會越小。


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