CMOS元器件及其模型

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CMOS射频集成电路设计-CMOS射频IC器件模型

集成电路的设计和制作行业逐渐变成两个独立的产业方向,
出现了专门从事集成电路制造的代工厂(foundry)和无生产线
(fabless)的专业集成电路设计公司。
CMOS射频IC器件模型
本书研究的芯片设计采用的是无生产线的集成电路设计
方法。所谓无生产线芯片设计,是指设计者根据设计指标选
择某一种特定的工艺和代工厂,基于代工厂提供的工艺模型
关于扩散电容Cd,有如下数学表示式:
其中,τT 为渡越时间(transittime)。
CMOS射频IC器件模型
2. 二极管线性模型
如果二极管工作在一个直流电压偏置点上,而且信号仅
在该点附近发生微小变化,就引入了线性模型,即小信号模型
(small-signalmodel)。二极管线性模型通过偏置点(以 Q 表示)
signal工艺在第五层金属(M5)和顶层金属(M6)之间又增加了
一层金属,通过降低金属之间氧化层厚度增大电容值,该金属
与 M5之间形成的 MIM 电容约为1fF/μm2。图2-3给出了
CMOS工艺的 MIM 电容的等效电路模型。
CMOS射频IC器件模型
图2-3 MIM 电容的等效电路模型
CMOS射频IC器件模型
通过引入基极发射极扩散电容、基极集电极扩散电容
(Cde、Cdc)以及二极管的结电容(Cje、Cjc),可以将上述静态模
型修正为动态模型。图2-9(a)给出了动态埃伯斯莫尔模型。
对于射频工作条件下的电路,还要考虑引线电阻、电感以及
端点之间的分布电容, 如图2-9(b)所示。
CMOS射频IC器件模型
4)反向线性区(0<-UDS<UGD-UT0)

CMOS器件模型(课件2)

西安电子科技大学朱樟明
1
CMOS器件模型
一、无源器件结构介绍二、简单的MOS大信号模型三、MOS小信号模型四、Spice Level 3 Model 五、HSpice仿真介绍
2
一、无源器件结构及模型
集成电路中的无源元件包括: 互连线、电阻、电容、电感、传输线等
3
互连线
互连线设计应该注意以下方面：大多数连线应该尽量短最小宽度保留足够的电流裕量多层金属趋肤效应和寄生参数（微波和毫米波）寄生效应
构；
11
(a)叉指结构电容和(b)MIM 结构电容
12
电容
平板电容公式高频等效模型
C r0lw
d
自谐振频率 f0
品质因数 Q
f0
2
1 LC
f
< f0 / 3
13
集总电感
电感
单匝线圈版图
L 1.26a[ln(8a / w) 2（] pH）
a，w 取微米单位
14
多匝螺旋形线圈电感值计算公式为： L[ pH ] (ro ri )2 N 2 25.4(60ro 28ri )
18
微带线
(a)
(b)
典型微带线的剖面图(a)和覆盖钝化膜的微带线(b)
19
TEM波传输线的条件
w,
h
0
/(40
1/ r
2
)
GaAs衬底的厚度<200um
20
微带线
微带线设计需要的电参数主要是阻抗、衰减、无载 Q、波长、迟延常数。
阻抗计算
ZL
60 ln 8h w reff w 4h
五、Hspice仿真介绍
MOS晶体管的Netlist表达 M1 3 6 7 0 NCH W=100U L=1U

cmos电路和器件基本结构

cmos电路和器件基本结构CMOS电路和器件基本结构一、引言CMOS（亦称为互补金属-氧化物-半导体）电路是一种常用的逻辑电路，它由NMOS（N型金属-氧化物-半导体）和PMOS（P型金属-氧化物-半导体）两种互补型的MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）组成。

CMOS电路以其低功耗、高集成度和低电压操作等特点，在现代集成电路设计中得到广泛应用。

本文将介绍CMOS电路和器件的基本结构。

二、CMOS电路的基本结构1. NMOS器件NMOS器件由P型衬底上生长的N型沟道和两个掺入P型源极和漏极的P型扩散区组成。

沟道区域上方由一层薄的氧化硅（SiO2）作为绝缘层，上面再覆盖一层金属（通常为铝）作为电极。

当沟道区没有电压施加时，NMOS处于截止状态，导通状态需要在沟道区施加正电压。

2. PMOS器件PMOS器件与NMOS器件相反，由N型衬底上生长的P型沟道和两个掺入N型源极和漏极的N型扩散区组成。

沟道区域上方同样有一层氧化硅和金属电极。

当沟道区施加负电压时，PMOS处于导通状态，截止状态需要在沟道区施加正电压。

3. CMOS电路CMOS电路是通过将NMOS和PMOS器件相互串联或并联而构成的。

在CMOS电路中，NMOS器件的漏极与PMOS器件的源极相连，共同组成电路的输出端；NMOS器件的源极与PMOS器件的漏极相连，共同组成电路的输入端。

当输入信号施加到NMOS和PMOS器件上时，根据不同的输入信号电平，其中一个器件处于导通状态，另一个器件处于截止状态，从而实现电路的逻辑功能。

三、CMOS电路的工作原理CMOS电路的工作原理是基于MOSFET的三个重要特性：沟道截止、沟道饱和和门极电势控制。

当输入信号为低电平时，NMOS处于导通状态，PMOS处于截止状态，此时电路输出为高电平；当输入信号为高电平时，NMOS处于截止状态，PMOS处于导通状态，此时电路输出为低电平。

由于CMOS电路的输出仅在输入发生变化时才会改变，且输出信号的上升和下降均经过一个NMOS和一个PMOS器件，因此CMOS电路具有较低的功耗和较高的抗噪声能力。

第2章CMOS元器件及其模型-74页PPT精选文档

有源电阻（相位补偿等用）
魏廷存/2019年
33
工作在线性区的CMOS管子使用场合
模拟电子开关（传输门）
VDD 5u/10u PMOS PAD
内部电路
上拉电阻
VDD
VDD
PAD VDD
1.5u/10u NMOS
VDD
内部电路
下拉电阻
魏廷存/2019年
34
CMOS模拟开关（传输门）
Ron
VDD
Ron, NMOS
第2章 CMOS元器件及其模型
魏廷存/2019年
1
2.1 CMOS (NMOS/PMOS)
CMOS：Complementary Metal-Oxide Semiconductor 互补金属-氧化物半导体
魏廷存/2019年
2
CMOS的基本结构（NMOS）
G
多晶硅
氧化层
S
D
n+ p型衬底
G
D B
Leff Ldrawn
S
D S
Vgs D
线性区
IdnC OX W L[V (gsV th )V dsV 2 d2 s]
饱和区
ID n C 2 O(X W L )V (g sV th )2(1 V d)s
魏廷存/2019年
32
大信号特性说明
μp：空穴的迁移率，μn：电子的迁移率， μp=(1/2~1/4)μn ，NMOS比PMOS具有较大的电流驱动能力（相同尺寸情况下）。
B
P+
G
Vds>0 or Vds=0
S
D
n+
n+
p型衬底
NMOS
魏廷存/2019年

CMOS工艺中的元件

20
二极管
• NSD/P-epi Diode的版图和结构
特点：
P型衬底
1）C端的电压要低于衬底电压才能正向导通
2）在ESD中用于抑制负的
尖峰电压
A
2）结构上的主要参数：结面积A
P+
邹志革
EST-ICCP型衬底
C 场氧
N+
41
二极管
• 电特性
邹志革
EST-ICC
19
连线
w t h
substrate
单位长度电容的经验公式：
C
=
ε
⎡ ⎢
w
+
0.77
+ 1.06⎜⎛
w
⎟⎞0.25
+ 1.06⎜⎛
t
⎟⎞0.5
⎤ ⎥
⎢⎣ h
⎝h⎠
⎝ h ⎠ ⎥⎦
4-metal 0.25um technology
Ploy Metal1 Metal2 Metal3 Metal4
B SGD
NN＋＋ P＋
NN--阱阱
FFOOXX P＋
P-substrate P管源漏区
EST-ICCPMOS晶体管剖面图
9
MOS晶体管
– 在物理版图中, 只要一条多晶硅跨过一个有源区就形成了一个MOS晶体管, 将其S, G, D, B四端用连线引出即可与电路中其它元件连接.
• MOS晶体管的电特性
邹志革
EST-ICC
36
18
衬底BJT
• PNP BJT的版图和结构
E B
C
特点：
P型衬底
N阱
1）集电极C电压受到限制，须接地
2）基区宽度WB没有很好控制，电流增益差别较大

CMOS器件介绍

集成电路常用器件介绍一、CMOS工艺下器件：CMOS工艺可分为P阱CMOS、N阱CMOS和双阱CMOS。

以NWELL工艺为例说明CMOS中常用有源及无源器件的器件结构、工作原理、特性参数等。

建议在此之前先了解CMOS的基本工艺。

1.1有源器件1. MOS管采用N阱工艺制作的PMOS与NMOS结构示意图如图（1.1-1），在衬底为轻掺杂P-的材料上，扩散两个重掺杂的N+区就构成了N沟器件，两个N+区即源漏，中间为沟道。

中间区域的表面上有以薄层介质材料二氧化硅将栅极（多晶硅）与硅隔离开。

同样，P沟器件是在衬底为轻掺杂的N-的材料（即N阱或NWELL）上，扩散两个重掺杂的P+区形成的。

图（1.1-1）图中的B端是指衬底，采用N阱工艺时，N阱接最高电位VDD，Psub接VSS。

通常将PMOS、NMOS的源极与衬底接在一起使用。

这样，栅极和衬底各相当于一个极板，中间是二氧化硅绝缘层，形成电容。

当栅源电压变化时，将改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。

以N沟器件为例说明MOS管的工作原理：（1）N沟增强型MOS管：当栅源之间不加电压时，漏源之间是两只背靠背的PN结，不存在导电沟道，因此即使漏源之间加电压，也不会有漏极电流。

当u DS=0,且u GS>0时，由于二氧化硅的存在，栅极电流为零。

但是栅极金属层将聚集正电荷，它们排斥P型衬底靠近二氧化硅一侧的空穴，使之留下不能移动的负离子区，形成耗尽层。

当u GS增大，一方面耗尽层加宽，另一方面将衬底的自由电子吸引到耗尽层于绝缘层之间，形成一个N型薄层，称为反型层，如图（1.1-2）。

这个反型层即源漏之间的导电沟道。

指沟道刚刚形成的栅源电压称为开启电压U GS(th)。

u GS 越大反型层越厚，导电沟道电阻越小。

图（1.1-2）当u GS是大于U GS(th)的一个确定值时，若在漏源之间加正向电压，则产生一定的漏极电流。

此时，u DS的变化对导电沟道的影响与结型场效应管相似，即当u DS较小时，u DS的增大使漏极电流线性增大，沟道沿源漏方向逐渐变窄，一旦u DS增大到使u GD= U GS(th)[即u DS＝U GS- U GS(th)]时，沟道在漏极一侧出现夹断点，称为预夹断，如图(1.1-3)所示。

第一章 CMOS电路中的器件及其模型

第一章CMOS电路中的器件及其模型第一节MOSFET基础第二节MOSFET的SPICE模型第一节MOSFET基础MOSFET的基本结构MOSFET的基本原理MOSFET的稳态特性MOSFET的动态特性MOSFET的二级效应第一节MOSFET基础MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor 金属－氧化物－半导体场效应晶体管四端器件：栅Gate源Source漏Drain衬底BodySDG多晶硅有源区金属WLSiO 2SiO 2n +n +S D Lp-Sit ox x jGMOS 晶体管的结构版图剖面图B关键参数：沟道长度L 沟道宽度W 栅氧化层厚度Tox衬底掺杂浓度Nsub 源漏pn 结结深xj实际沟道长度L = LG –2LDP-SiL DL(drawn)n+n+n+n+杂质的横向扩散实际沟道宽度DaWWW2-=场氧化产生的鸟嘴沟道宽度W W W 123w W=4wW=W1+W2+W3W =4WSSS S DD DMOS晶体管的电势分布MOS晶体管的分类I－V特性•简单电流方程•四端器件的完整电流方程•亚阈值区电流方程•MOS晶体管的主要直流参数MOSFET的工作过程及I－V 特性亚阈线性饱和I DSV G－V tMOSFET的输入、输出特性曲线MOS 管的电流电压NMOS 管的I~V 特性推导NMOS 管的电流——电压关系式：设：Vgs>Vtn ，且Vgs 保持不变，则：沟道中产生感应电荷，根据电流的定义有：其中：τ电子平均传输时间栅下感应总电子电荷数Qc Ids =L τυ=沟道长度电子运动速度ν=μn*E ds μn 为电子迁移率（cm ²/v*sec ）E ds =V ds /L 沟道水平方向场强代入：ν=（μn*V ds ）/L代入：关键是求Qc ，需要分区讨论：ds n V L ⨯=μτ2（1）线性区：Vgs-Vtn>Vds设：Vds 沿沟道区线性分布则：沟道平均电压等于Vds/2由电磁场理论可知：Qc=e o ⨯e ox ⨯Eg ⨯W ⨯L 其中：tox 为栅氧厚度e o 为真空介电常数e ox 为二氧化硅的介电常数W 为栅的宽度t oxVds Vtn Vgs Eg 2/)(--=令：Cox=(e o ⨯e ox)/tox 单位面积栅电容K= Cox ⨯μn 工艺因子βn=K(W/L) 导电因子则：Ids=βn[(Vgs-Vtn)-Vds/2]Vds——线性区的电压-电流方程当工艺一定时，K 一定，βn 与（W/L ）有关。

第3章CMOS器件模型

n fm (VGS Vth ) 2 2L

MOS管的最高工作频率与沟道长度的平方成反比，因此，减小MOS管的沟道长度就能很
显著地提高工作频率。
MOS管交流小信号模型---高频

在高频应用时，MOS管的分布电容不能忽略
MOS管的高频小信号电容
G S
Cbs
d
C1
C2 C3
C4
D
Cbd
第３章

ＣＭＯＳ器件模型
MOS管大信号模型
３.１
３.２
３.３

MOS管的小信号模型
计算机仿真模型亚阈值电压区MOS模型
３.４

CMOS模型参数提取*
主要内容

掌握有源器件

大信号等效模型
MOS管的寄生电容；
低频小信号等效模型和高频小信号等效模型；

了解MOS器件计算机仿真模型
了解亚阈值电压区MOS模型
MOS管交流小信号模型---低频
小信号是指对偏置的影响非常小的信号。由
于在很多模拟电路中，MOS管被偏置在饱和区，所以主要推导出在饱和区的小信号模型。
G D gmVGS G + VGS S VBS + gmVGS ro D gmbVBS
+ VGS S
VB
几个重要的参数

跨导输出电阻

增益
最高工作频率
饱和区MOS管的跨导

栅跨导随过驱动电压以及IDS的变化
饱和区MOS管的gmb

则衬底电位对漏极电流的影响可用一
个电流源gmbVBS表示。

在饱和区，gmb能被表示成
Vth VGS Vth V BS Vth g m V BS

CMOS工艺器件结构

CMOS工艺器件结构
CMOS工艺中常用的元器件
▪ MOSFET (hv or lv )
• PMOS • NMOS
▪ NMOS_dnw ▪ NMOS_native
▪ RESISTOR ▪ CAPACITANCE ▪ DIODE ▪ BIPOLAR ▪ INDUCTOR
一、MOSFET
NMOSFET 版图和结构
普通poly resistor 版图
扩散电阻版图
三、CAPACITANCE
MIM版图和结构
MIM cap 版图
三、CAPACITANCE
MOM版图和结构
MOM cap 版图
三、CAPACITANCE
VARACTOR版图和结构
VAR cap 版图
VAR cap 剖面图
三、CAPACITANCE
•
6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。 2020年 12月14 日星期一上午 12时4 分34秒0 0:04:34 20.12.1 4
•
7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。。20 20年12 月上午 12时4 分20.12. 1400:0 4December 14, 2020
• 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Monday, December 14, 2020
14-Dec-2020.12.14
• 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。20.12.1400:04:3414 December 202000:04
•
3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.12.1 400:04: 3400:0 4Dec-20 14-Dec-20
•

cmos电路和器件基本结构

cmos电路和器件基本结构CMOS电路和器件基本结构CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）电路是一种广泛应用于数字集成电路中的技术。

CMOS电路由CMOS 器件构成，它是一种特殊的半导体器件。

本文将介绍CMOS电路和器件的基本结构。

一、CMOS电路的基本原理CMOS电路的基本原理是利用n型MOS（NMOS）和p型MOS （PMOS）两种互补型的场效应晶体管（FET）来实现电路的逻辑功能。

NMOS和PMOS的特性互补，通过它们的联合工作可以实现低功耗、高集成度和高噪声抑制的优点。

二、CMOS器件的基本结构CMOS器件由一对互补型的MOSFET组成，即NMOS和PMOS。

这两种器件的基本结构如下：1. NMOS结构NMOS器件由一个n型沟道和两个控制电极（栅极和源极）组成。

栅极用于控制沟道的导电性，源极和漏极用于连接电路。

当栅极施加高电压时，沟道会形成导电通道，电流可以从源极流向漏极；当栅极施加低电压时，导电通道关闭，电流无法流动。

2. PMOS结构PMOS器件由一个p型沟道和两个控制电极（栅极和源极）组成。

栅极用于控制沟道的导电性，源极和漏极用于连接电路。

与NMOS 相反，当栅极施加低电压时，沟道会形成导电通道，电流可以从源极流向漏极；当栅极施加高电压时，导电通道关闭，电流无法流动。

三、CMOS电路的工作原理CMOS电路的工作原理是利用两个互补型MOSFET的特性，通过不同的输入信号来控制输出信号。

当输入信号为高电平时，NMOS 导通，PMOS截止；当输入信号为低电平时，PMOS导通，NMOS 截止。

这样就实现了输入信号与输出信号之间的逻辑关系。

四、CMOS电路的优点CMOS电路具有以下几个优点：1. 低功耗：CMOS电路只在切换时才消耗电能，而静态时几乎不消耗电能，因此功耗较低。

2. 高集成度：CMOS电路中的晶体管可以非常小型化，因此可以实现高度集成的芯片设计。

CMOS集成电路中的基本元件

能级：电子所处的能量水平大量原子构成晶体：“共有化”，能级变成能带导带、价带、禁带、禁带宽度Eg
费米能级EF：反映电子填充水平的统计结果本征费米能级(EF=Ei) 本征载流子浓度ni＝1.5×1010cm-3
7
8
2.1.1 载流子和费米能级

2.1.2 pn结

费米能级和载流子浓度的关系式表示为
23
2.2.1 MOSFET器件结构 2.2.2 MOSFET器件特性 2.2.3 MOSFET按比例缩小理论 2.2.4 小尺寸MOSFET的二级效应 2.2.5 MOSFET的SPICE器件模型

W Ws Qss m q Cox

24
4
2015/4/8
2.2.1 MOSFET器件结构
考虑体效应后的阈值电压
VT VT 0

2 F VBS 2 F ， (体效应系数)

2 0 Si qN A Cox
衬底偏压为零时的阈值电压也可表示为
VT 0 VFB 2F 2F

衬偏效应(体效应)：衬底偏压VBS导致阈值电压变化当VBS为负值时，耗尽层变宽，表面耗尽层电荷增加，阈值电压增大。

费米能级越低，空穴浓度越高，趋向p型；费米能级越高，电子浓度越高，趋向n型。费米能级的高低决定着电子的流动和平衡。
9 10

2.1.2 pn结

2.1.2 pn结——电流电压特性

内建电场，接触电势差(自建势)
1 kT N D N A Vbi EF n EF p ln q n2 q i
理想pn结的电流与外加电压的关系式为

CMOS器件模型课件

17
微带线
(a)
(b)
典型微带线的剖面图(a)和覆盖钝化膜的微带线(b)
18
TEM波传输线的条件
w ,h0/4 (0 r1/2)
GaAs衬底的厚度<200um
19
微带线
微带线设计需要的电参数主要是阻抗、衰减、无载 Q、波长、迟延常数。
阻抗计算
ZL 6re0ffln8wh4wh w/h<1
ZL reffw h2.41 202.40w 4h1w h6w/h>1
简化计算的线性模型；
在大信号电压和电流完全可以用直线表示时才有效；
基于大信号模型所实现，依赖于大信号工作条件。
35
等效跨导gbd、gbs和沟道跨导gm、gmbs、gds
36
饱和区小信号跨导
37
非饱和区小信号跨导
38
四、Spice Level 3 Model
39
BSIM3V3 Model
VGS保持不变的饱和区有源电阻
IDS I
Ron
o
rds
VGS >VTN
条件：VGS保持不变
o
V
VDS
饱和区的NMOS有源电阻示意图
直流电阻 Ron<交流电阻 rds
7
对于理想情况，Oˊ点的交流电阻应为无穷大，实际上因为沟道长度调制效应，交流电阻为一个有限值，但远大于在该工作点上的直流电阻。在这个工作区域，当漏源电压变化时，只要器件仍工作在饱和区，它所表现出来的交流电阻几乎不变，直流电阻则将随着漏源电压变大而变大。
结构；
10
(a)叉指结构电容和(b)MIM 结构电容
11
电容
平板电容公式高频等效模型自谐振频率 f0

CMOS集成电路中的基本元件

VT VT 0
计算体效应系数γ

2 0 Si qN A Cox

2 F VBS 2 F ，

2 0 Si qN A Cox
(体效应系数)

室温下热电压kT/q=0.026V，本征载流子浓度 ni=1.5×1010cm-3，计算费米势φF 当VS=0.3V时，VBS=−0.3V时，计算考虑了体效应的阈值电压VT
14
I I S， (V 0)

单向导电性(整流特性) VB：击穿电压，pn结所能承受的反向偏压的上限。
13

2.1.3 MIS(MOS)结构

2.1.3 MIS(MOS)结构——多子积累

MIS：金属－绝缘层－半导体 MOS：金属－氧化物－半导体加偏压VG后，金属中电荷分布在一个原子层的厚度范围之内，半导体中电荷分布在一定厚度的空间电荷区内。 φS：表面势，空间电荷区两端的电势差
能级：电子所处的能量水平大量原子构成晶体：“共有化”，能级变成能带导带、价带、禁带、禁带宽度Eg
费米能级EF：反映电子填充水平的统计结果本征费米能级(EF=Ei) 本征载流子浓度ni＝1.5×1010cm-3
7
8
2.1.1 载流子和费米能级

2.1.2 pn结

费米能级和载流子浓度的关系式表示为

2.2.1 MOSFET器件结构

源区S、漏区D、栅极G、衬底区(体区)B 沟道长度L、沟道宽度W、栅氧化层厚度tox 对于NMOS管，漏源之间加偏压后，电位低的一端为源，电位较高的一端为漏。
VT：阈值电压，使半导体表面达到强反型所加的栅电压 VDS：漏源电压，使得电子从源极向漏极运动形成导通电流

CMOS器件介绍

集成电路常用器件介绍、CMOS：艺下器件：CMO理艺可分为P阱CMOS N阱CMO副双阱CMOS以NWELLX艺为例说明CMO舛常用有源及无源器件的器件结构、工作原理、特性参数等。

建议在此之前先了解CMOS勺基本工艺。

1.1有源器件1. MOS管采用N阱工艺制作的PMO由NMOS吉构示意图如图（1.1-1 ），在衬底为轻掺杂P的材料上，扩散两个重掺杂的N夜就构成了N沟器件，两个N+区即源漏，中间为沟道。

中间区域的表面上有以薄层介质材料二氧化硅将栅极（多晶硅）与硅隔离开。

同样，P沟器件是在衬底为轻掺杂的N的材料（即N阱或NWELL 上，扩散两个重掺杂的P+区形成的。

pmos 5v: W/L=20/2.0uinnmos 5v: W/L=20/2.Oum图（1.1-1）图中的B端是指衬底，采用N阱工艺时，N阱接最高电位VDD Psub接VSS通常将PMOS NMOS勺源极与衬底接在一起使用。

这样，栅极和衬底各相当于一个极板，中间是二氧化硅绝缘层，形成电容。

当栅源电压变化时，将改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。

以N 沟器件为例说明 MO 磨的工作原理：(1) N 沟增强型MOS^:当栅源之间不加电压时，漏源之间是两只背靠背的因此即使漏源之间加电压，也不会有漏极电流。

当 U DS =。

,且U GS 0时，由于二氧化硅的存在，栅极电流为零。

但是栅极金属层将聚集正电荷，它们排斥P 型衬底靠近二氧化硅一侧的空穴，使之留下不能移动的负离子区，形成耗尽层。

当U GS 增大，一方面耗尽层加宽，另一方面将衬底的自由电子吸引到耗尽层于绝缘层之间，形成一个 N 型薄层，称为反型层，如图 (1.1-2)。

这个反型层即源漏之间的导电沟道。

指沟道刚刚形成的栅源电压称为开启电压 U Gs (th )。

U GS越大反型层越厚，导电沟道电阻越小。

图（1.1-2 ）当u GS 是大于U G S (th )的一个确定值时，若在漏源之间加正向电压，则产生一定的漏极电流。

CMOS器件结构

Cch
t ox
* 单位面积电容最大的电容
N+
N+
Rs
* 沟道电阻问题
P型衬底沟道
邹志革
EST-ICC
33
集成电容
•MOS电容：
Cch
* 非线性电容适用于电源滤波
* 沟道长度需权衡考虑
Vc MOS电容C/V特性
减小沟道电阻的方法
邹志革
EST-ICC
34
集成电容
•“夹心”电容
* 线性电容 * 电容值为：
IDS=k′•W/L•[(VG-VT-VS)2-(VG-VT-VD)2]
邹志革
EST-ICC
10
MOS晶体管
• MOS晶体管的电特性
– VG, VS, VD分别是栅, 源, 漏端的电压, VT是开启电压. – k′是本征导电因子, k′=µ•Cox/2, µ是表面迁移率, 属
于硅材料参数, Cox是单位面积栅电容,属于工艺参数 – W, L分别是MOSFET的沟道宽度和长度,属于物理参数 – 管子的最小沟道长度Lmin标志着工艺的水平— — 特征
–衬底PNP BJT –PSD/NWELL Diode –NSD/P-epi Diode
邹志革
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MOS晶体管
• MOS晶体管 –最基本的有源元件 –在CMOS工艺中，有PMOS和NMOS 两种 –可用作跨导元件，开关，有源电阻， MOS电容
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MOS晶体管
• NMOS晶体管的版图和结构
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连线
w t h
substrate
单位长度电容的经验公式：

cmos的基本组成

cmos的基本组成CMOS是一种集成电路技术，它的全称是互补金属氧化物半导体技术，是由金属、氧化物和半导体组成的。

CMOS电路中有两种不同类型的传输门，分别称为n型MOSFET和p型MOSFET，它们基本上是互补的，即它们的输出信号相反。

CMOS电路中还包括电源、电容、电阻等元器件，这些元器件构成了整个CMOS电路的完整体系。

下面将详细介绍CMOS的基本组成。

1. n型MOSFETn型MOSFET是一种半导体器件，具有一个n型源极、漏极和一个p型栅极。

当栅极上的电压为高电平时，n型MOSFET的源极和漏极之间产生一个电子通道，导致它的输出电压接近于零。

当栅极上的电压为低电平时，电子通道关闭，输出电压为高电平，和p型MOSFET的工作原理相似。

n型MOSFET是CMOS电路中基本的构件之一，用于实现与非门、或非门等多种逻辑门电路。

3. 电源和接地CMOS电路需要稳定的电源供电，通常使用DC电源和电阻分压器来提供稳定的电压。

将高电平信号通常连接到电源端，将低电平信号连接到接地端。

4. 电容电容是一种储存电荷的元件，用于在电路中产生时序延迟等效应。

CMOS电路中常用的电容是金属-氧化物-半导体场效应电容器(MOSCAP)，它的结构类似于MOSFET。

5. 电阻电阻是一种调节电流的元件，它在CMOS电路中用于分压、限流等应用。

CMOS电路中一般采用硅电阻，通过电子注入控制电阻值大小。

6. 控制信号CMOS电路需要外部信号控制，通过控制信号的高低来改变电路的状态。

控制信号可以是数字信号或模拟信号，而数字信号可以是高电平或低电平，模拟信号则可以是连续变化的信号值。

控制信号的作用是开关电路，实现不同的逻辑功能。

7. 电路板和封装CMOS电路通常由许多片块组成，这些片块被固定在电路板上。

电路板常常是由遮蔽金属材料制成的，在电路板上布局电路的一般目的是减少噪音干扰和提高信号速度。

在CMOS电路中还需要封装，封装可以保护电路不受机械损坏和尘埃污染，提供物理支撑和冷却。