數字整合 MOS管速度飽和的理解(V0 0)

2021-09-27 12:09:54 字數 1254 閱讀 6853

主要講下mos器件的速度飽和,第一次接觸這個概念,網上的文章很少,找了好幾篇看,記錄下。原文學習可參考數字積體電路(第二版),裡面62、63頁有專業的解釋。這裡提取簡明扼要的東西。

一般而言,載流子速度正比於電場,斜率是載流子的遷移率;可當延溝道電場達到臨界值(某個根據散射效應計算的值)時,載流子的速度將會趨於飽和,稱為速度飽和效應。此時的載流子速度不會隨著電場增大而增大。

有很多要說明的東西:

01 一般這種現象發生在短溝器件中。

02 如果不考慮速度飽和的情況,管子在vgs-vth

05 電子和空穴的飽和速度大致相同,是10^5m/s。

06 速度飽和發生的臨界電場強度取決於摻雜濃度和外加的垂直電場強度。

問題:課本中有句話,翻譯嚴重影響閱讀,可以去看看原著,根本沒有說,在這種情況下,2伏左右電壓就可以飽和,這個2雖然合理,但卻想不到怎麼計算的。後面一頁是原著。

速度飽和效應發生在這樣乙個場景下:首先mos管工作在飽和saturation區(vds>vgs-vth),可是此時的vgs-vth太大了。

說明:將二極體接法的管子掃瞄vgs,管子依次經歷,截止區,弱反型區,強反型區和速度飽和區。 對於工作在飽和區的管子其溝道電場強度為(vgs-vth)/leff,該電場太大,則溝道載流子速度飽和了。 大vds將把溝道截止點推向源區,使得leff變小,但真正決定因素還是vgs-vth。

vgs-vth小於80mv時,飽和時管子工作在弱反型,100mv-400mv左右工作在強反型,400mv+則速度飽和了(前提:管子工作在飽和區vds>vgs-vth)。

下圖用於解釋速度飽和效應,截止點的電勢為vgs-vth。推導電流公式時,用的是單位長度平均載流子濃度乘以速度的方式,省去了繁瑣的積分方法,當電場強度(vgs-vth)/leff超過臨界值時,溝道電子速度是u*(vgs-vth)/leff變為恆定值vsat。平方率退化為一次方率,這就是告訴大家,為什麼你用平方律手算的w,l這麼不准的原因了。

關鍵是要理解,飽和區管子的電場強度是(vgs-vth)/leff,溝道電子速度是u*(vgs-vth)/leff,當(vgs-vth)/leff太大時,速度飽和了(半導體的性質)。

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