MOS管二級效應-背柵效應、溝道長度調制效應、亞閾值效應詳解-KIA MOS管

信息來源：本站　日期：2018-11-27　

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MOS管

mos管場效應管（FET），把輸入電壓的變化轉化為輸出電流的變化。FET的增益等于它的跨導，定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。市面上常有的一般為N溝道和P溝道，詳情參考右側圖片（P溝道耗盡型MOS管）。而P溝道常見的為低壓mos管。

一個電場在一個絕緣層上來影響流過晶體管的電流。事實上沒有電流流過這個絕緣體，所以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化硅來作為GATE極下的絕緣體。這種晶體管稱為金屬氧化物半導體(MOS)晶體管，或,金屬氧化物半導體場效應管（MOSFET）。因為MOS管更小更省電，所以他們已經在很多應用場合取代了雙極型晶體管。

MOS管二級效應

MOS管的二級效應主要有三種：背柵效應、溝道長度調制效應、亞閾值效應。

背柵效應

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，有VBS≤0；對PMOS管而言，襯底通常接電路的最高電位，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“背柵效應”。

以NMOS管為例，當NMOS管VBS<0時，閾值電壓的變化規律。隨著VGS上升，柵極吸引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——也就是開啟NMOS需要的電壓就越高。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。隨著VBS變小，閾值電壓上升，在VGS和VDS不變的情況下，漏極電流變小。因而襯底和柵極的作用類似，也能控制漏極電流的變化。所以我們稱它為“背柵”作用。

在電路設計上可采取一些措施來減弱或消除襯偏效應，例如把源極和襯底短接起來，當然可以消除襯偏效應的影響，但是這需要電路和器件結構以及制造工藝的支持，并不是在任何情況下都能夠做得到的。例如，對于p阱CMOS器件，其中的n-MOSFET可以進行源-襯底短接，而其中的p-MOSFET則否；對于n阱CMOS器件，其中的p-MOSFET可以進行源-襯底短接，而其中的n-MOSFET則否。

另外可以改進電路結構來減弱襯偏效應。例如，對于CMOS中的負載管，若采用有源負載來代替之，即可降低襯偏調制效應的影響（因為當襯偏效應使負載管的溝道電阻增大時,有源負載即提高負載管的VGS來使得負載管的導電能力增強）。