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半导体MOS管的二级效应——理想结果的修正
半导体MOS管的二级效应——理想结果的修正
二级效应——非线性、非一维、非平衡等因素对I-V特性产生的影响，它们包括：非常数表面迁移率效应、体电荷效应、短沟道效应、窄沟道效应等。
非常数表面迁移率效应
实际情况，MOS管表面载流子的迁移率与表面的粗糙度、界面的陷阱密度、杂质浓度、表面电场等因素有关。
电子表面迁移率的范围为550～950 cm2/（V·s），空穴表面迁移率的范围为150～250 cm2/（V·s），电子与空穴迁移率的比值为2～4。
在低栅极电压情况下测得，即UGS仅大于阈值电压1～2V。
长沟MOS管，沟道刚夹断时
沟道区的横向电场
载流子渡过沟道区L所需要的时间为渡越时间 ，
，
如果
减小沟道长度L是提高截止频率的重要手段。
最高工作频率 fM
fM —— 功率增益等于1时的频率；
栅-沟道电容CGC
当栅-源之间输入交流信号之后，从栅极增加流进沟道的载流子分成两部分，其中一部分对栅-沟道电容CGC充电，另一部分径直通过沟道流进漏极，形成漏-源输出电流。
当信号频率 增加，流过CGC的信号电流增加，从源流入沟道的载流子用于增加栅沟道电容充电的部分，直至 增大到足够大，使全部沟道电流用于充电，则漏极输出信号为0，即流入电容CGC的电流等于输入信号引起的沟道电流时的频率 是管的最高工作频率 M 。
管跨导愈大，最高工作频率愈高；
栅极-沟道电容CGC愈小，最高工作频率也愈高;
管的高频优值 gm/CGC ——衡量管的高频特性，比值愈高，
高频特性愈好。
提高fM ，从结构方面应当使沟道长度缩短到最低限度，也必须尽可能增大电子在沟道表面的有效迁移率 n。
硅材料电子迁移率 n比空穴迁移率 p大 。
n
M = 2 fM
MOS管的开关特性(Switching feature)
开关状态——管主要工作在两个状态，导通态和截止态；
两种开关特性——本征与非本征开关延迟特性；
本征延迟：载流子通过沟道的传输所引起的大信号延迟；
非本征延迟：被驱动的负载电容充-放电以及管之间的RC延迟；
MOS管用来构成数字集成电路，如 构成触发器、存储器、移位寄存器等等。构成的集成电路功耗小、集成度高。
MOS管瞬态开关过程
开关等效电路
开和关状态转换即在截止区和可变电阻区间来回切换，且受UGS控制
非本征开关过程
(外部状态影响)
电阻负载倒相器
负载电阻
负载电容
电源
IDS
阶跃信号
(方波)
（1）开通过程
延迟时间
上升时间
延迟过程——输入栅压UGS增加，信号UG(t)向栅电容CGS和CGD充电，随着栅压增加，经过一定的延迟，栅电容CGS上的栅压达到阈值电压UT 时，输出电流开始出现；
上升过程——UGS超过UT 时，进入线性工作区，UG(t)使反型沟道厚度增厚，电流开始迅速增大；在上升时间tr结束时，电流达到最大值，栅压达到UGS2 ；
延迟
UT
理想开波形
UGS2
为什么输入方波，
而实际如此变化？
（2）关断过程
储存时间
下降时间
储存过程——去掉栅压，栅电容CGS放电，栅压UGS下降，当UGS下降到上升时间结束时的栅压UGS2时，电流才开始下降；也是管退出饱和的时间；
下降过程——储存时间结束后，UGS继续放电，栅压UGS从UGS2进一步下降，反型沟道厚度变薄，电流快速下降，当UGS小于UT 后，管截止，关断过程结束；
延迟
理想关波形
UT
UGS2
非本征开关时间
栅峰值电压
输入电容
电流脉冲发生器的内阻
开通和关断时间近似相等
ton= toff
非本征开关时间受负载电阻RL、负载电容CL、栅峰值电压UGG以及电容和电阻的影响，减小栅电容及电阻值是很重要的。
4.6.2 MOS管瞬态开关时间计算
本征延迟开关过程
定义：本征延迟过程的时间是栅极加上阶跃电压，使沟道导通，漏极电流上升到与导通栅压对应的稳态值所需要的时间。
载流子渡越沟道长度，该过程与传输的电流的大小和电荷的多少有关，与载流子漂移速度有关，漂移速度越快，本征延迟的过程越短。
在线性区，UDS →0 时，本征开通延迟时间
饱和区本征开通延迟时间
减小沟道长度是减小开关时间的主要方法；
沟道不太长，本征开通延迟时间较短。如L = 5 m， n = 60cm2/（V·s）的NMOS管，UDS = UGS UT = 5V时，tch只有111ps。
一般说来，若沟道长度小于5 m，则开关速度主要由负载延迟决定。对于长沟管，本征延迟与负载延迟可相比拟，甚至超过。

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