此后的文章大多基于NMOS器件进行了说明,但PMOS非常相似,而且两种MOS的性能各有优劣,不仅NMOS而且NMOS也不是很好
CMOS功耗和速度开关状态下的nmos管:输入高电平,输出低电平,输入低电平,输出高电阻
开关状态pmos管:输入高电平,输出高电阻输入低电平,输出高电平
单一nmos逻辑:输入低电平时: nmos为高电阻,上拉电阻(例如10k连接电源)提供高电平输入高电平时: nmos输出低电平,输出端相对于接地电阻为10欧姆左右。 此时,电源对地存在约10k的电阻,一直在消耗电流。
单个pmos管,与单个nmos相似。 供给电平方式互换,电阻接地提供低电平,pmos提供高电平。 高电平时,电源对地有一个电流消耗。
cmos电路:高电平输入时: nmos对地连接,pmos对电源高电阻,电源对地无电流消耗低电平输入时: nmos对地高电阻,pmos对电源连接,同样无电流消耗
nmos以电子为载流子,pmos以空穴为载流子,因此在相同电场下空穴的移动速度低于电子。 即,由于n沟道电导率比p沟道电导率大,所以在相同几何参数情况下,nmos的导通电阻r比pmos的导通电阻r低
在数字电路中,上升沿和下降沿时间约为3RC(r为管的导通电阻,c为负载电容),因此在使用相同几何参数的pmos和nmos的cmos电路中,下降沿比上升沿快(nmos驱动下降沿)
MOS器件结构
技术改进推广要点
即,选择更小有效沟道长度的器件,减小栅极氧化层的厚度
原因:
减小集成电路可以缩短MOS器件的沟道,增大MOS的饱和电流,从而获得更快的速度。
与第1点相同,根据其MOS饱和电流的公式可知,Cox越大,电流也越大。 但是,你要知道,我们没有什么是无限制的。 首先,随着微型化的发展,各种二次效应降低了门控能力。 为了提高栅极控制能力,必须提高栅极容量,由于知道栅极容量与厚度成反比,所以栅极氧化层的物理厚度必须薄。 但是,如果物理厚度减小到极限,就会发生量子隧道效应,增加栅极泄漏。
MOS正常工作的基本条件为了MOS正常工作,首先是在内部的漏极源极和衬底或阱中不产生二极管的正向偏压。 首先,现代集成电路多采用p衬底工艺。 因此,对于NMOS来说,需要将该基板接地,对于PMOS来说,需要将该阱连接在VDD上
MOS的I/V特性输出特性曲线输出特性描述了漏极电平电流和漏极源极电压的关系
导出过程中不同层的形成:耗尽-逆型形成逆型层才能得到沟道电流
I/V特性数学导出漏极源极没有电压差时的沟道电荷的计算方法
Cox每单位面积的栅极氧化层的电容
Qd的更具体化应该称为通道的某个单位长度的电荷
漏极有压差时沟道电荷的计算方法
通道电流的计算
在具体数学式的数学积分的导出中断的情况下,即线性区域的导出
深线性区域(这是人为划分的,可以得到根据VGS而变化的电阻(=由栅极电压==控制的电阻)
在施加漏极电压之后,导出沟道钳位断开后的公式
这里的l本来应该用l’,但是因为通道很长,所以忽略了从夹断点到泄漏水平的距离
综上所述
截止区域中使用Id0是因为还有另一个亚阈值区域,此时电压电流呈对数变化
二次效应