cmos器件作业及思考题

NMOS英文全称为：N-Mental-Oxide-Semiconductor。意思为金属-氧化物-半导体，而拥有这种结构的晶体管我们称之为MOS晶体管。有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，由NMOS组成的电路就是NMOS集成电路，由PMOS管组成的电路就是PMOS集成电路，由NMOS和PMOS两种管子组成的互补MOS电路，即CMOS电路。

全称：positive channel Metal Oxide Semiconductor

别名：positive MOS

金属氧化物半导体场效应(MOS)晶体管可分为N沟道与P沟道两大类，P沟道硅MOS场效应晶体管在N型硅衬底上有两个P+区，分别叫做源极和漏极，两极之间不通导，源极上加有足够的正电压(栅极接地)时，栅极下的N型硅表面呈现P型反型层，成为连接源极和漏极的沟道。改变栅压可以改变沟道中的电子密度，从而改变沟道的电阻。这种MOS场效应晶体管称为P沟道增强型场效应晶体管。如果N型硅衬底表面不加栅压就已存在P型反型层沟道，加上适当的偏压，可使沟道的电阻增大或减小。这样的MOS场效应晶体管称为P沟道耗尽型场效应晶体管。统称为PMOS晶体管。

P沟道MOS晶体管的空穴迁移率低,因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，PMOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。此外，P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。它的供电电源的电压大小和极性,与双

极型晶体管——晶体管逻辑电路不兼容。PMOS因逻辑摆幅大，充电放电过程长，加之器件跨导小，所以工作速度更低，在NMOS电路(见N沟道金属—氧化物—半导体集成电路)出现之后，多数已为NMOS电路所取代。只是,因PMOS电路工艺简单,价格便宜，有些中规模和小规模数字控制电路仍采用PMOS电路技术。

MOSFET共有三个脚，一般为G、D、S，通过G、S间加控制信号时可以改变D、S间的导通和截止。PMOS和NMOS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。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。

PMOS的工作原理与NMOS相类似。因为PMOS是N型硅衬底，其中的多数载流子是电子，少数载流子是空穴，源漏区的掺杂类型是P型，所以，PMOS的工作条件是在栅上相对于源极施加负电压，亦即在PMOS的栅上施加的是负电荷电子，而在衬底感应的是可运动的正电荷空穴和带固定正电荷的耗尽层，不考虑二氧化硅中存在的电荷的影响，衬底中感应的正电荷数量就等于PMOS栅上的负电荷的数量。当达到强反型时，在相对于源端为负的漏源电压的作用下，源端的正电荷空穴经过导通的P型沟道到达漏端，形成从源到漏的源

漏电流。同样地，VGS越负(绝对值越大)，沟道的导通电阻越小，电流的数值越大。

与NMOS一样，导通的PMOS的工作区域也分为非饱和区，临界饱和点和饱和区。当然，不论NMOS还是PMOS，当未形成反型沟道时，都处于截止区，其电压条件是

VGS

VGS>VTP (PMOS)，

值得注意的是，PMOS的VGS和VTP都是负值。

PMOS集成电路是一种适合在低速、低频领域内应用的器件。PMOS 集成电路采用-24V电压供电。如图5所示的CMOS-PMOS接口电路采用两种电源供电。采用直接接口方式，一般CMOS的电源电压选择在10～12V就能满足PMOS对输入电平的要求。

MOS场效应晶体管具有很高的输入阻抗，在电路中便于直接耦合，容易制成规模大的集成电路。

各种场效应管特性比较

在2004年12月的国际电子器件会议(IEDM)上表示：双应力衬垫(DSL)方法导致NMOS和PMOS中的有效驱动电流分别增加15%和32%，饱和驱动电流分别增加11%和20%。PMOS的空穴迁移率在不使用SiGe的情况下可以提高60%，这已经成为其他应变硅研究的焦点。

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)指互补金属氧化物(PMOS管和NMOS管)共同构成的互补型MOS集成电路制造工

艺，它的特点是低功耗。由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间看，要么PMOS导通，要么NMOS导通，要么都截至，比线性的三极管(BJT)效率要高得多，因此功耗很低。

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双极金属氧化物半导体

bipolar metal-oxide semiconductor

双极工艺和半导体工艺在单一器件上的结合。参见BiCMOS。BiCMOS是继CMOS后的新一代高性能VLSI工艺。CMOS以低功耗、高密度成为80年VLSI的主流工艺。随着尺寸的逐步缩小，电路性能不断得到提高，但是当尺寸降到1um以下时，由于载流子速度饱和等原因，它的潜力受到很大的限制。把CMOS和Bipolar集成在同一芯片上，发挥各自的优势，克服缺点，可以使电路达到高速度、低功耗。BiCMOS工艺一般以CMOS工艺为基础，增加少量的工艺步骤而成。

BiCMOS（Bipolar CMOS）是CMOS和双极器件同时集成在同一块芯片上的技术，其基本思想是以CMOS器件为主要单元电路，而在要求驱动大电容负载之处加入双极器件或电路。因此BiCMOS电路既具有CMOS电路高集成度、低功耗的优点，又获得了双极电路高速、强电流驱动能力的优势。

电子管，是一种最早期的电信号放大器件。被封闭在玻璃容器（一般为玻璃管）中的阴极电子发射部分、控制栅极、加速栅极、阳极（屏极）引线被焊在管基上。利用电场对真空中的控制栅极注入电子调制信号，并在阳极获得对信号放大或反馈振荡后的不同参数信号数据。早期应用于电视机、收音机扩音机等电子产品中，近年来逐渐被半导体材料制作的放大器和集成电路取代，但目前在一些高保真的音响器材中，仍然使用低噪声、稳定系数高的电子管作为音频功率放大器件（香港人称使用电子管功率放大器为“胆机”）。电子管功放（胆机）的音质明显优于晶体管功放。

晶体管功放（石机）听起来高频、中高频有偏多感觉，低频感觉偏少，晶体管功放听起来声音较硬，特别是低频声不够柔和，而高频声又显得尖刺、发燥，听起来有时感到高频段存在着交越畸变。当频率增高而音量又很大时，这些现象就更加明显。

但晶体管功放的动态大、速度快，特别适宜于表现动态大一些的音乐。至于表现枪炮和雷电声当然更优于电子管功放了。

电子管优缺点、结构和工作原理

电子管是电子仪器仪表的重要器件之一，与晶体管、集成电路相比，虽然体积较大，工作时要首先加热灯丝，但它仍具有不可忽视的特点：同一型导电子管参数的一致性要优于晶体管，因此更换电子管时，不用重调参数、即可正常工作;电子管参数特性随环境温度变化也较小，因而工作稳定;电子管不太娇气，能承受较大的功轧过载能力强.因此，电了管在某些领域仍然发挥着重要的作用.