MOS电容,最全面MOS管的高频小旌旗灯号电容文章

信息来历：本站　日期：2017-09-18　

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MOS管的高频小旌旗灯号电容

从MOS管的多少机关及任务道理可以或许发明，MOS管存在着多种电容，这会影响MOS管的高频机能。

根据MOS管的多少机关组成的各类电容如图1.5所示，具体为：
mos管

(1)栅与沟道之间的栅氧电容C2=WLCox，此中Cox为单元面积栅氧电容ε0x/tox。

(2)沟道耗尽层电容C3=W）：其中q为电子电荷，εsi硅的介电常数，Nsub为衬底浓度，φF为费米能级。

(3)交叠电容（多晶栅袒护源／漏区所组成的电容），每单元宽度的交堯电容记为Col，因为是环状的电场线，Col不能简略计较获得，且它的值与衬底偏置有关。交叠电容首要有栅/源交叠电容Cl= WCol与栅／漏交叠电容C4= WCol。

(4)源／漏区与衬底间的结电容：Cbd, Cbs，即为漏极、源极与衬底之间组成的PN结势垒电容，这类电容通俗由两部分组成：一部分是垂直标的目的（即源／漏区的底部与衬底间）的底层电容，以单元面积PN结电容Cj衡量；另—部分是源／漏区的四周与衬底间组成的横向圆周电容，以单元长度结电容Cjs来衡最。单元面积PN结的势垒电容Cj可表现为:

C_j=C_jo/[1+V_R/φ_B]^m

式(1.1)中Cjo为PN在零偏电压时单元底面积结电容（与衬底浓度有关），VR是加于PN结的反偏电压，φB是漏／源区与衬底问的PN结打仗势垒差（通俗取0.8V），而m是底面电容的梯度因子，通俗取介于0.3～0.4间的值。

因此，MOS管源／漏区与衬底间总的结电容可表现为：

CBD.BS=WHCj+2（W+H）Cjs

式(1.2)中H是指源、漏区的长度，W是MOS管的宽度。

由式(1.2)可发明：差别MOS管的源/漏区的多少形状，即差别的源／漏区面积和圆周尺寸值，存在着差别的结电容。在总的宽长比不异的状态下，接纳并联合构，即MOS管的H稳定，而每个MOS管的宽为本来的几分之一，则MOS管的源／漏区与衬底间总的结电容比原机关小。

例1.2 别离求出以下三种前提下MOS管源／漏区与衬底间总的结电容(假设任何，个MOS管的源／漏区的长度都为H)：

①(W/L)=100的一个MOS管；

②(W/L）1，2=50两个MOS管并联；

③(WIL)1～5=20的5个MOS管并联。

解：为了计较便利，假设统统MOS管的沟道长度L=0.5μm，H=lμm则有

①CBD,BS:WHCj+2(W+H)Cjs=200Cj+402Cjs

以是总的源／漏区与衬底问的结电容为Cbd+Cbs=400Cj+804Cjs

②Cbdl, 2=Cbs1=Cbs2=100Cj+202Cjs

以是总的源／漏区与衬底间的结电容为Cbd1十Cbs1+Cbd2=300Cj+606Cjs

③Cbd1,2=Cbd3,4=Cbd5=Cbs1=Cbs2,3=Cbs4, 5=40Cj+82Cjs

以是总的源／漏区与衬底间的结电容为

Cbdl,2+Cbd3, 4+Cbsl+Cbs2, 3+Cbs4,5+Cbd5=240Cj+492Cjs

2．MOS管的极间电容及其随栅／源电压的变更干系

因为在仿照集成电路中，MOS管通俗以四端器件呈现，因此在理论电路设想中首要思考MOS管每两个端口之间存在的电容，如图1.6所示，源／漏南北极之间的电容很小可忽视不计，这些电容的值便是由后面分解的各类电容组合而成，由丁在差别的任务区时MOS管的反型层厚度、耗尽层厚度等差别，则响应的电容也不不异，以是对于MOS管的极问电容可以或许分为三个任务区别离遏制会商。

(1)遏制区

漏／源之间不组成沟道，此时当然不存在反型层，但可以或许发生了耗尽层，则有栅／源之间、栅／漏之间的电容为：CGD=CGS= WCol；

栅极与衬底间的电容为：CGB=（WLCox)Cd/(WLCox+Cd)，即栅氧电容与耗尽层电容Cd的串连，此中乙为沟道的有用长度，且

CSB与CDB的值别离是源极、漏极与衬底间电压的函数，可以或许由式(1.2)求解出。

(2)饱和区

在此任务区，MOS管的沟道在漏端曾爆发夹断，以是栅／泄电容CGD约莫为WCol;同时MOS管的有用沟道长度延长，栅与沟道间的电位差从源区的VGS下降到夹断点的VGS-Vth致使了在栅氧下的沟道内的垂直电场的不不合，可以或许证实此时MOS管的栅+源间电容除过笼盖电容以外的电容值可表现为(2/3)N1Cox。因此

CGS=2WLCox/3+WCol (1.3)

(3)深线性区

在此任务区，漏极D与源极s的电位的确不异，栅电压变更AV时，引起等量的电荷从源极流向漏极，以是栅氧电容（栅与沟道间的电容）WLCox、F均分为栅／源端之间与栅／漏端之间的电容，此时栅／源电容与栅／泄电容可表现为

CGD=CGS=WLCox/2+WCol

当任务在线性区与饱和区时，栅与衬底间的电容常被忽视，这是因为反型层在栅与衬底间起着屏障感化，也便是说假设栅压爆发了修改，导电电荷的供给首要由源极供给而流向漏极，而不是由衬底供给导电荷。

CGD与CGS在差别任务地区的值如图1.7所示，寄望在差别的地区之间的改变不能简略计较获得，只是根据趋势遏制延长而得。
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