Review of Integrated Circuit Fundamentals
Characteristics of Digital Integrated Circuits
Introduction（略）
pn Junction & Diode Equation
The MOSFET Transistor
nMOS Operation
- Body一般接地
- 在Gate接低电压的时候
- p型衬底的电压一般很低
- Source-Body和Drain-Body形成的pn结一般都截止
- 没有电流流过，晶体管截止
- 在Gate接高电压的时候
- MOS Capacitors栅极上有正电荷
- Body上积累负电荷
- 栅极下方反型，成为n型半导体
- 现在电流能够通过反型的n型半导体，从源极经过沟道流到漏极，晶体管导通
pMOS Operation
- 和nMOS类似但是掺杂和电压都反过来
- Body连接到高电压（
） - Gate低电压：导通
- Gate高电压：截止
- 器件符号中的泡泡表示这一反转的行为
MOS管的符号（略）
MOS(FET) Transistor As Switch
- nMOS可以等效成一个开关
时，沟道在Source和Drain之间产生 - Source和Drain之间的电压差会让电流从这两个区域中流过
调节沟道的电导率 时，没有沟道存在，这个开关被视为开路
Threshold Voltage Concept
Body-Bias Effects
-
到目前为止，我们忽略了 p 型衬底的存在。实际上，MOSFET 是一个四端器件，基板是器件的体（B）端。
-
当源极与体之间存在电压
时，nFET会产生体效应 -
增加任何类型器件的阈值电压（
） -
在 MOS 集成电路中，有时将每个源极连接到基板是不切实际的。在这些情况下，由于体效应引起的可能的
偏移必须在电路设计中考虑。 -
负偏置会让
从0.45V上升到0.85V -
由于这是反转沟道所需的栅极电压，如果源极电压增加，则连接到沟道的源极电压也会增加。
-
源极电压提高导致阈值电压升高也被称为体效应
-
Body-Bias Effect Model
I-V Relations – Linear & Saturation Modes
Transistor in Linear Mode
-
-
-
Channel Charge:
-
电流是漂移速度与电荷量的乘积，记得乘上沟道宽度W：
-
电子漂移速度和电场强度和载流子迁移率有关：
-
结合上述式子，把分母移项：
两边积分，根据顺子的说法还要级数展开。可以得到长沟道器件在线性区的表达式： 上式中：
Transistor in Saturation Mode
对于长沟道器件，沟道在：
Current Determinates
- 源极到漏极的距离
- 沟道宽度
- 阈值电压
- 栅氧厚度
- 栅氧的介电常数
- 载流子迁移率：
- pMOS
- nMOS
- pMOS
MOS Transistor Theory
MOS Capacitor
- 栅极和体形成了MOS电容
- 三种工作状态（比顺子少了Flatband）：
- Accumulation pMOSC情况下栅极施加负电压
- Depletion pMOSC情况下栅极施加正电压，但是界面附近的本征费米能级并未低于费米能级
- Inversion pMOSC栅极电压超过阈值电压，形成反型层
Terminal Voltages
， ， - 一般来说
- nMOS的body是接地的，所以第一步假设Source也接地