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MOS管,可以是电容,也可以是放大管

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(1)
MOS管,一般是当做3端口器件,如果算上衬底的话,那就是4端口器件。
因为很多时候,衬底经常与地(NMOS)或者VDD(PMOS)连接,所以经常略掉这个端口。
(2)
Ali教授[1],在他的系列视频以及配套的书籍中,讲MOS管的时候,是从MOS capacitor开始的,也就是说,只有栅极,绝缘层和衬底层。在书中是以n-type型的衬底来举例的。
当施加到栅极的电压VG发生变化时,这个MOS电容的工作状态会有相应的变化。
当VG>0时,在metal-oxide的接触面上会积累正电荷,而在oxide-semiconductor的接触面上会有电子的积累,此时为accumulation mode,理想情况下,此时电容的值为Cox,即金属栅极和半导体表面之间形成的电容。
当VG<0时,在metal-oxide的接触面上会积累电子,而在oxide-semiconductord处的电子开始被排斥,留下正离子,形成耗尽层。这个时候,呈现出的电容值,是氧化物电容Cox和耗尽区电容Cdep的串联。
耗尽区之所以有电容效应,是因为当VG有波动时,耗尽区的宽度会有变化,从而耗尽区的电荷也有变化,产生电容效应[2]。
当VG<0,且进一步下降时,在oxide-semiconductor的接触面处,开始出现反型层,即有自由移动的空穴产生。当空穴数量等于栅极中的电荷数量时,电容值重新变为Cox,因为此时VG有波动时,电荷的变化可以由反型层中的空穴来响应,不需要劳烦耗尽层了。
所以,整个电容的变化曲线,如下图所示[3]。
(3)
如果在上面所述的2端口架构中,加入源极和漏极,那可以对源漏极做下述的连接,使得4端口MOS管,呈现出上面的电容特性,具体连接如文献[4]和[5]所示。文献中是以p-sub举的例子,所以电容随VGS的变化,和上图比,有一个镜像的关系。
(4)
当管子开始进入强反型层的模式后,在源极和漏极处加上电压,MOS管开始呈现出放大管的特性。
因为Vgs的大小,能够控制反型层中自由电子的数量,从而控制Ids的大小。就如MOS管的小信号模型所示,此时管子具有放大作用。
(5)
最后照例,让deepseek批改作业。
红色部分,deepseek给出了修正建议。
参考文献:
[1] Ali Hajimiri, Analog
[2] deepseek
[3] Donald A. Neamen ,Semiconductor Physics and Devices, Basic Principles 4th Edition, page 399
[4] razavi,Design of Analog CMOS Integrated Circuits, second edition,page37
[5] razavi,射频微电子,page485  

来源:加油射频工程师
半导体电子芯片UM控制META
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首次发布时间:2025-03-21
最近编辑:17小时前
加油射频工程师
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