第3章 第2讲 MOS晶体管的瞬态特性

实验三CMOS反相器瞬态特性姓名学号➢CMOS反相器上升、下降及延迟时间1.为实验二中新建的CMOS反相器“inv”建立逻辑符号“symbol”，“checkand save”没有error之后将其截屏粘贴复制到以下空白中：通常作为输入脉冲的上升时间和下降时间均为10ps，除此之外，其它参数可以自由设定（如Delay time = 10ns，Pulse width=20ns，Period=50ns），但要与最终总的瞬态仿真时间对应起来。

3.将脉冲电压源vpulse的参数设置好以后，在模拟环境（AnalogEnvironment）中选择运行瞬态仿真“tran”，只需给定总的仿真时间，然后选择plot输入与输出节点。

在开始运行之前，可以预先估计一下会得到什么样的波形，然后与仿真后得到的波形相对比，并将仿真得到的波形截屏粘贴在以下空白处：4.在波形窗口中，使用“Trace —> Delta cursor”观察，比较并记录输出电压中对应的上升时间t r和下降时间t f（10%~90%）。

思考：输出电压中的上升时间和下降时间分别是由哪个晶体管决定？在采取同样参数设计的情况下，为什么会存在着上升下降时间的不同？上升时间由P管的尺寸决定，下降时间由N管的尺寸决定由于导电因子迁移率不同，所以对称设计的上升下降时间不同5.参照讲义，观察并记录输出电压由高到低变化时对应的延迟时间t PHL和由低到高变化时对应的延迟时间t PLH，并计算总的延迟时间t pdtPHI=21.724pstPLH=68.860pstPD=45.292ps6. 通过修改PMOS管和NMOS管的宽长尺寸，将输出电压中的上升时间和下降时间调到大致相等，记录优化后的两管宽长尺寸及其宽长比的比值(W/L)PMOS/(W/L)NMOS。

将上述宽长比的比值与实验二中逻辑阈值等于0.9V 时的宽长比的比值做比较，看它们是否一样？最后，将放大后带有“Delta cursor”的输入输出曲线上升和下降部分分别截屏并粘贴到以下空白处。

MOS晶体管MOS晶体管来自EEWiki.目录• 1 MOS晶体管• 2 MOSFET的结构• 3 MOS管的模型• 4 工作特点• 5 MOS管的开通过程•6MOS晶体管的最高工作频率•7MOS晶体管的跨导gm•8 MOS管的阈值电压•9 阈值电压的影响因素•10MOS晶体管的平方律转移特性•11MOS晶体管的衬底偏置效应MOS晶体管金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分。

MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-IC。

MOSFET的结构MOSFET是Metal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor的英文缩写，平面型器件结构，按照导电沟道的不同可以分为NMOS和PMOS器件。

MOS器件基于表面感应的原理，是利用垂直的栅压VGS 实现对水平IDS的控制。

它是多子（多数载流子）器件。

用跨导描述其放大能力。

MOSFET晶体管的截面图如图1所示在图中，S＝Source，G=Gate,D=Drain。

NMOS和PMOS在结构上完全相像，所不同的是衬底和源漏的掺杂类型。

简单地说，NMOS是在P型硅的衬底上，通过选择掺杂形成N型的掺杂区，作为NMOS的源漏区；PMOS是在N型硅的衬底上，通过选择掺杂形成P型的掺杂区，作为PMOS的源漏区。

如图所示，两块源漏掺杂区之间的距离称为沟道长度L，而垂直于沟道长度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。

对于这种简单的结构，器件源漏是完全对称的，只有在应用中根据源漏电流的流向才能最后确认具体的源和漏。

器件的栅电极是具有一定电阻率的多晶硅材料，这也是硅栅MOS 器件的命名根据。

在多晶硅栅与衬底之间是一层很薄的优质二氧化硅，它是绝缘介质，用于绝缘两个导电层：多晶硅栅和硅衬底，从结构上看，多晶硅栅-二氧化硅介质-掺杂硅衬底(Poly-Si--SiO2--Si)形成了一个典型的平板电容器，通过对栅电极施加一定极性的电荷，就必然地在硅衬底上感应等量的异种电荷。

MOS晶体管的发展概况及其特点引言：在过去的近十年，大规模集成电路技术突飞猛进，很大程度上与MOS晶体管的使用和发展有关系。

MOS晶体管自从进入集成电路制造行业，通过不断的发展，至今已成为工业中最重要的电子器件之一。

但是，电子信息产业的发展对集成元器件提出了更高的要求，如何在已有的MOS晶体管技术上实现下一代MOS晶体管技术也是需要我们去思考的问题。

本文旨在对MOS晶体管的发展概况及其特点做一个概要的介绍，并在此基础上，根据作者已有的知识谈谈晶体管的发展趋势。

MOS晶体管的概念MOS晶体管的全称是金属-氧化物-半导体场效应管（Metal Oxide Semiconductor）。

在竖直方向上，MOS晶体管是由栅电极、栅绝缘层和半导体衬底构成的一个层次结构，在水平方向上，MOS晶体管由源区、沟道区和漏区3个区构成，沟道区和硅衬底相通，也叫做MOS 晶体管的体区。

一个MOS晶体管有4个引出端：栅极、源极、漏极和体端。

因为栅极通过二氧化硅绝缘层和其他区域隔离，MOS晶体管又叫做绝缘场效应晶体管。

MOS晶体管的发展1.MOS晶体管的发展历史MOS晶体管的发明可追溯到20世纪30年代初。

1930年，德国科学家Lilienfeld（利林费尔德）提出了场效应晶体管的概念。

之后，贝尔实验室的Shockley（肖克利）、Bardeen （巴丁）和Brattain（布拉顿）开始尝试发明场效应晶体管。

尽管这一尝试以失败告终，却最终导致Bardeen和Brattain在1947年意外地发明了点接触双极晶体管。

1949年Shockley用少子注入理论阐明了双极晶体管的工作原理，并提出了可实用化的结型晶体管概念。

1960年，Kahng和Attala在用二氧化硅（SiO2）改善双极晶体管性能的过程中意外地发明了MOS场效应晶体管(简称MOS晶体管)，从此，MOS晶体管进入集成电路的制造行业，并逐渐成为了电子工业中最重要的电子器件。

mos管瞬态热阻曲线的研究进展标题：mos管瞬态热阻曲线的研究进展引言：瞬态热阻（Transient Thermal Resistance, TTR）是指在MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Transistor）工作过程中，由于封装材料的热传导特性和封装结构的热扩散效应，导致温度在时间上的变化。

由于MOS管在电子设备和电路中的广泛应用，厂商和研究者们对瞬态热阻曲线的研究一直备受关注。

本文将介绍mos管瞬态热阻曲线研究的最新进展，并分享我的观点和理解。

第一部分：瞬态热阻和mos管工作原理的关系我们需要了解MOS管的工作原理以及瞬态热阻与之间的关系。

MOS 管作为一种主要的半导体器件，在电路中起到了封装和电子器件之间的桥梁作用。

MOS管的工作过程中，在通过管子的电流引起的局部热点周围，由于热阻导致温度不断升高，时间上产生了温度的变化。

这是由于MOS管的结构和材料导致热传导特性的限制和热扩散效应的影响。

第二部分：瞬态热阻曲线研究的重要性为什么瞬态热阻曲线的研究是如此重要呢？了解和分析瞬态热阻曲线可以帮助我们更好地理解MOS管的热特性，并优化其设计和应用。

瞬态热阻曲线研究可以帮助我们预测和解决电子器件在高温和高电流工作条件下可能出现的过热问题。

对于电子器件的可靠性和寿命评估而言，瞬态热阻曲线的研究也具有重要意义。

第三部分：mos管瞬态热阻曲线研究的进展近年来，研究者们对mos管瞬态热阻曲线进行了广泛而深入的研究。

他们采用不同的实验方法和数值模拟技术来探索MOS管的瞬态热阻行为。

研究显示，mos管的瞬态热阻曲线与多个因素有关，包括材料特性、封装结构、散热方式和电流特性等。

表面处理、填充材料和导热薄膜等技术也被提出和应用于改善mos管的瞬态热阻性能。

第四部分：个人观点和理解从我个人的观点和理解来看，mos管瞬态热阻曲线的研究为我们深入了解和应用MOS管提供了重要的基础。

通过对瞬态热阻的研究，可以帮助我们设计更好的封装结构和热管理策略，以提高MOS管的性能和可靠性。

详细讲解MOSFET管驱动电路在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑MOS 的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。

这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许的。

下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结，其中参考了一些资料，非全部原创。

包括MOS管的介绍，特性，驱动以及应用电路。

1，MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P 沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。

至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。

对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。

原因是导通电阻小，且容易制造。

所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。

下面的介绍中，也多以NMOS为主。

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。

寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。

在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。

这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。

顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。

2，MOS管导通特性导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。

NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。

但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。

3，MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。

详细讲解MOSFET管驱动电路在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS的导通电阻,最大电压等，最大电流等,也有很多人仅仅考虑这些因素。

这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的,作为正式的产品设计也是不允许的。

下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结，其中参考了一些资料，非全部原创.包括MOS管的介绍，特性，驱动以及应用电路。

1，MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。

至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。

对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。

原因是导通电阻小，且容易制造。

所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。

下面的介绍中，也多以NMOS为主。

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。

寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。

在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管.这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。

顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的.2，MOS管导通特性导通的意思是作为开关,相当于开关闭合.NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。

但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大,价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中,通常还是使用NMOS。

3,MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。