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MOS电容及瞬态电路模型 (简述)
MOS电容及瞬态电路模型 (简述)
电容包括：MOS电容；
极间电容；CGS、 CGD 、 CGB 、 CBD 、 CBS 等
瞬态电路模型：由MOS电容、 MOS场效应晶体管沟道电流源和MOS场效应晶体管寄生二极管构建的瞬态电路模型。是SPICE模型中最基本的模型，也是电路分析模拟、开关特性的研究中最基本模型。
漏-源击穿机理
（1）栅调制击穿——主要发生在长沟道管MOS管中，有以下
几个特点
对实际器件测量，发现有以下特点：
① 源-漏PN结的结深为l.37 m的管，一般 BUDS = 25～40 V，
低于不带栅电极的孤立漏PN结的雪崩击穿电压。
器件去除栅金属后，BUDS可上升到70 V。
② 衬底电阻率高于10 cm时，BUDS与衬底掺杂浓度无关，而
是决定于漏-源结深、栅氧化层厚度及UGS 。
③ 栅调制击穿最重要的特征是 BUDS受UGS控制，当
│UGS││ │UT│，器件导通时，BUDS随│UGS│增大而上升，而在截止区│UGS│<│UT│ ，UGS愈往正的方向变
化，BUDS愈降低。
衬底掺杂浓度不过高，转角区(冶金结与Si-SiO2界面交点处)的电场比体内强得多，即可达到雪崩击穿临界场强而击穿；
平面工艺制造的P N +结
曲面结
界面交点处
栅氧化层tOX
栅电极
UDG = UDS UGS
NMOS
衬底
漏
P
（2）沟道雪崩倍增击穿
分析表明：从沟道进入夹断区的载流子大部分在距表面0.2～0.4 m的次表面流动，漏-衬PN结的冶金结附近电场最高，达到和超过雪崩击穿临界电场强度时，击穿就发生了。
特点：对于NMOS场效应晶体管的漏源击穿特性，在UGS>UT
的导通区， BUDS随UGS增加而下降，并且呈现软击穿，不同与栅调制击穿。
在UGS（3）“NPN管”击穿——衬底电阻率高的短沟道NMOS管
发射区
基区
集电区
寄生NPN管的共发射极击穿: 原因是沟道夹断区强场下的载流子倍增和转角区载流子倍增，衬底电流产生的压降经衬底极加到源极上；假定UBS = 0，这一压降使源PN结正偏(发射结正偏)，漏PN结(集电结)出现载流子倍增，进入“倍增-放大”的往复循环过程，导致电压下降（热击穿），电流上升。
发射结
集电结
主要特征：呈现 负阻特性
导通状态下UGS愈高，则漏-源击穿电压BUDS愈低;
该情况只发生在，高电阻率的短沟道的NMOS场效应管
负阻特性能引发二次击穿
UDS
ID
（4）漏-源穿通机构及漏-源穿通电压 BUDSP ——输出端
沟道表面漏结耗尽区的宽度
漏极电压UDS增大时，漏结耗尽区扩展，使沟道有效长度缩短；当Xdm扩展到等于沟道长度L时，漏结耗尽区扩展到源极，便发生漏-源之间的直接穿通。
穿通电压
当MOS管的沟道很短时，漏-源穿通电压才可能起主要作用。当UGS UT = 0时，
简化
NB为衬底掺杂浓度。
穿通电压与沟道长度L的平方成正比。
沟道长度越长，穿通电压越高，
即：不易穿通。
2、最大栅-源耐压BUGS ——（ 输入端）破坏性击穿
是由栅极下面SiO2层的击穿电压决定的；
SiO2发生击穿的临界电场强度：
EOX（max）= 8 106 V／cm，
厚度为tOX 的SiO2层的击穿电压
如，tOX = 1500 ，则BUGS = 120 V。
实际栅-源之间的击穿电压，比计算的值低。
4.4.1 理想MOS结构的电容—电压特性
1、MOS结构的电容构成
假设理想MOS结构没有金属和半导体之间的功函数差，氧化层是良好的绝缘体，几乎没有空间电荷存在，Si-SiO2界面没有界面陷阱，外加栅压UG 一部分降落在氧化层（UOX）上，另一部分降落在硅表面层（US），所以UG = UOX + US 。
电容等效电路
结构电容
氧化层电容
表面空间电荷层电容
其中单位面积电容
Xdm ——表面空间电荷层厚度
2、低频信号不同工作条件下的电容变化规律
栅压
归一化电容
+
-
C-V Curves
阈值电压