MOS管二级效应-背栅效应、沟道长度调制效应、亚阈值效应详解-KIA MOS管

信息来源：本站　日期：2018-11-27　

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MOS管

mos管场效应管（FET），把输入电压的变化转化为输出电流的变化。FET的增益等于它的跨导，定义为输出电流的变化和输入电压变化之比。市面上常有的一般为N沟道和P沟道，详情参考右侧图片（P沟道耗尽型MOS管）。而P沟道常见的为低压mos管。

一个电场在一个绝缘层上来影响流过晶体管的电流。事实上没有电流流过这个绝缘体，所以FET管的GATE电流非常小。最普通的FET用一薄层二氧化硅来作为GATE极下的绝缘体。这种晶体管称为金属氧化物半导体(MOS)晶体管，或,金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）。因为MOS管更小更省电，所以他们已经在很多应用场合取代了双极型晶体管。

MOS管二级效应

MOS管的二级效应主要有三种：背栅效应、沟道长度调制效应、亚阈值效应。

背栅效应

在很多情况下，源极和衬底的电位并不相同。对NMOS管而言，衬底通常接电路的最低电位，有VBS≤0；对PMOS管而言，衬底通常接电路的最高电位，有VBS≥0。这时，MOS管的阈值电压将随其源极和衬底之间电位的不同而发生变化。这一效应称为“背栅效应”。

以NMOS管为例，当NMOS管VBS<0时，阈值电压的变化规律。随着VGS上升，栅极吸引衬底内部的电子向衬底表面运动，并在衬底表面产生了耗尽层。当VGS上升到一定的电压——阈值电压时，栅极下的衬底表面发生反型，NMOS管在源漏之间开始导电。

阈值电压的大小和耗尽层的电荷量有关，耗尽层的电荷量越多，NMOS管的开启就越困难，阈值电压——也就是开启NMOS需要的电压就越高。当VBS<0时，栅极和衬底之间的电位差加大，耗尽层的厚度也变大，耗尽层内的电荷量增加，所以造成阈值电压变大。随着VBS变小，阈值电压上升，在VGS和VDS不变的情况下，漏极电流变小。因而衬底和栅极的作用类似，也能控制漏极电流的变化。所以我们称它为“背栅”作用。

在电路设计上可采取一些措施来减弱或消除衬偏效应，例如把源极和衬底短接起来，当然可以消除衬偏效应的影响，但是这需要电路和器件结构以及制造工艺的支持，并不是在任何情况下都能够做得到的。例如，对于p阱CMOS器件，其中的n-MOSFET可以进行源-衬底短接，而其中的p-MOSFET则否；对于n阱CMOS器件，其中的p-MOSFET可以进行源-衬底短接，而其中的n-MOSFET则否。

另外可以改进电路结构来减弱衬偏效应。例如，对于CMOS中的负载管，若采用有源负载来代替之，即可降低衬偏调制效应的影响（因为当衬偏效应使负载管的沟道电阻增大时,有源负载即提高负载管的VGS来使得负载管的导电能力增强）。