MOS管i-v特性

模拟IC设计知识分享(1)最近刚好要考AAIC了，于是就想着怎么把考试的知识点总结起来分成章节。

本来想画成思维导图，但一是很多公式很多图，二是知识点间相互都有联系，也着实不太好具象化。

模拟电路就是折中的艺术，硬要画成放射状也是有点难为我了。

不如就写成文章，不仅能帮助我learning by teaching，说不定也能造福点后人。

MOS管作为模拟IC的基础组成部分，掌握MOS的各项特性是重中之重。

但由于MOS管其实是一个特性非常复杂，且无法用一个简单模型做出概括的非线性器件，我们也有必要对其进行一定的简化。

我们首先介绍MOS的基本结构和简化模型。

一、MOS管三维结构MOS管符号[1]典型的NMOS拥有四个端口，分别是栅极(gate)，源极(source)，漏极(drain)和衬底(body/bulk)。

MOS管是一种将电压转化为电流的器件，可以简单理解为一个压控电流源，以栅极和源极间的电压控制流过漏极和源极的电流。

根据各个端口间电压的不同，MOS管还可以分为三个工作区域，分别为截止区(cut-off region)，线性区/三极管区(triode region)和饱和区(saturation region)。

我们可能已经了解MOS管可以用作开关，也可以对信号进行放大。

当MOS管用作开关时，它就工作在线性区；而当用作放大器时，它需要工作在饱和区。

在进一步分析每个工作区域的特性和条件之前，我们首先把这个抽象模型和实际世界的MOS管这一半导体器件对应起来。

NMOS管三维结构[2]上图所示是一个NMOS的结构图。

器件制作在p型衬底(substrate)上，两个n离子掺杂区形成源极和漏极，并通过金属引出。

早期MOS管的栅极由金属层制成(如图，这也是MOSFET名字中第一个M-Metal的由来)，但现今大部分的MOS 管采用多晶硅(poly)来制作栅极，而名字却没有随之修改。

当然多晶硅和金属制作栅极各有利弊，还请详见半导体物理一书。

1Cmos 模拟电路基础(一)写这个文章的目的是为了这段时间的学习作个笔记，同时激励自己继续下去。

1，NMOS管的V-I特性非饱和区的I-V特性。

( 0 < Vds < Vgs – Vtn )Vd = u E其中，u为电子迁移率，E=V/l, 为导体内的场强。

Ids = 0.5*K*(W/L)*[2*(Vgs – Vtn)*Vds – Vds*exp2]其中，K为器件的跨导系数，K= u*Cox = （u*ε0*εox）/ tox用βn表示器件的增益系数，βn = K* （W/L）饱和区的I-V特性。

( 0 < Vgs - Vtn < Vds )随着Vds的增大，沟道漏端的导电层会减薄，当Vds = Vgs – Vtn时，它被夹断。

当Vds继续增大，夹断点向源端移动。

此时，沟道两端电压保持为（Vgs – Vtn），而Vds的增加部分落在夹断耗尽区内，Ids几乎不变。

如果夹断耗尽区的长度远小于L，忽略沟道长度的缩短，用Vgs – Vtn = Vds 带入得到饱和区的电流表达式为Ids = 0.5*K*(W/L)*[(Vgs – Vtn)*exp2]但是，当考虑沟道长度调制效应时，Ids = 0.5*K*(W/L)*[(Vgs – Vtn)*exp2]*（1+λ*Vds）试验证明，λ是沟道长度的线性函数。

截止区（Vgs – Vtn < = 0）Ids = 0.PMOS管的V-I特性，它的偏压与极性与NMOS相反。

但是，由于电子的迁移率与空穴的迁移率不等，前者是后者的2~3倍，因此，Kn= （2.0~3.0）Kp2，MOS管的小信号模型输入信号的幅度一般与电源电压相比很小，它在直流偏置工作点附近变化，可以近似认为器件工作在线性区间。

大信号可以确定器件的直流工作点，小信号可以用来设计器件和电路的性能。

对于在饱和区工作的mos，gm = K*(W/L)*(Vgs – Vtn)*（1+λ*Vds）其中，gm 是栅跨导gds = 1/rds = ( Ids *λ)/(1+λ*Vds ) =λIds其中，rds 是mos管的输出电阻。

MOS管基极电压详解一、MOS管的基本概念MOS管，即金属-氧化物-半导体场效应晶体管，是半导体器件中的一种重要类型。

其基本结构包括金属、氧化物和半导体三个部分。

在MOS管中，基极电压通过控制半导体中的电荷分布，进而控制电流的流动。

二、MOS管的基极电压基极电压是MOS管中一个非常重要的参数，它直接影响到MOS管的开关速度、驱动能力、功耗以及稳定性等性能。

适当的基极电压可以保证MOS管的正常工作，提高系统的效率和稳定性。

三、MOS管的伏安特性伏安特性是指电流和电压之间的关系。

在MOS管中，伏安特性表现为非线性关系。

当基极电压增加时，漏极电流也会增加。

这种特性使得MOS管具有高输入阻抗和低输出阻抗的优点。

四、MOS管的工作原理MOS管的工作原理是基于半导体中的电荷分布受电场控制而改变的原理。

当基极电压施加到半导体上时，会在半导体中产生一个电场，这个电场会改变电荷的分布。

当基极电压改变时，电场也会改变，从而改变电荷的分布，进而改变电流的流动。

五、MOS管的开关特性MOS管具有高速开关特性，可以在非常短的时间内完成开关动作。

当基极电压改变时，MOS管可以迅速地开启或关闭，从而实现高速开关动作。

这种特性使得MOS管在许多电子设备中得到广泛应用。

六、MOS管的热稳定性热稳定性是指电子设备在高温条件下保持正常工作的能力。

在MOS管中，热稳定性取决于其制造工艺和材料选择。

高质量的制造工艺和材料选择可以保证MOS管在高温条件下保持稳定的工作状态。

七、MOS管的可靠性可靠性是指电子设备在长时间使用过程中保持正常工作的能力。

在MOS管中，可靠性取决于其制造工艺和材料选择以及使用环境。

高质量的制造工艺和材料选择可以保证MOS管的可靠性。

同时，正确的使用和维护也可以提高MOS管的可靠性。

八、MOS管的制造工艺制造工艺是指制造电子设备所采用的技术和方法。

在MOS管的制造过程中，需要采用先进的制造工艺和技术以确保其质量和性能。