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标签:COMS(45)MOS(157)放大器(6447)

  1,MOS管的工作原理

  MOS管有N沟和P 沟之分,每一类分为增强型和耗尽型,增强型MOS管在栅- 源电压vGS=0时,漏- 源极之间没有导电沟道存在,即使加上电压 vDS,也没有漏极电流产生。而耗尽型MOS 管在vGS=0 时,漏- 源极间就有导电沟道存在。 MOS 管的源极和衬底通常是接在一起的。增强型MOS管的漏极d 和源极s 之间有两个背靠背的PN结。当栅- 源电压vGS=0时,即使加上漏- 源电压 vDS,总有一个 PN 结处于反偏状态,漏- 源极间没有导电沟道,这时漏极电流 iD ≈ 0。若在栅- 源极间加上正电压,即 vGS> 0,则栅极和衬底之间的 SiO2 绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场,这个电场能排斥空穴而吸引电子,形成耗尽层,同时 P 衬底中的电子被吸引到衬底表面。当 vGS 数值较小,吸引电子的能力不强时,漏- 源极之间仍无导电沟道出现.vGS 增加时,吸引到 P 衬底表面层的电子就增多,当 vGS 达到某一数值时,这些电子在栅极附近的 P 衬底表面便形成一个 N 型薄层,在漏- 源极间形成 N 型导电沟道,称为反型层。vGS越大,吸引到 P 衬底表面的电子就越多, 导电沟道越厚, 沟道电阻越小。开始形成沟道时的栅- 源极电压称为开启电压VT。N 沟增强型 MOS管在 vGS< VT 时,不能形成导电沟道,管子处于截止状态。当 vGS≥VT 时,才有沟道形成,此时在漏- 源极间加正电压 vDS,才有漏极电流产生。而且vGS增大时,沟道变厚,沟道电阻减小, iD 增大。

  2、影响MOS 管阈值电压的主要因素

  一是作为介质的栅氧化层中的电荷Qss及其性质。这种电荷通常由多种原因产生,其中一部分带正电,一部分带负电,其净电荷的极性会对衬底表面产生电荷感应,从而影响反型层的形成,或使器件耗尽,或阻碍反型层的形成。

  二是衬底的掺杂浓度。要在衬底上表面产生反型层,必须施加能够将表面耗尽并且形成衬底少数载流子的积累的栅源电压,这电压的大小与衬底的掺杂浓度有直接关系。衬底掺杂浓度越低,多子浓度也越低,使衬底表面耗尽和反型所需要的电压VGS 越小。衬底表面掺杂浓度的调整是通过离子注入杂质离子进行。

  三是由栅氧化层厚度tOX 决定的单位面积栅电容的大小。单位面积栅电容越大,电荷数量变化对VGS 的变化越敏感,器件的阈值电压则越小。栅氧化层越薄,氧化层中的场强越大,栅氧化层的厚度受到氧化层击穿电压的限制。

  四是栅材料与硅衬底的功函数差ΦMS 的数值,这和栅材料性质以及衬底的掺杂类型有关,在一定的衬底掺杂条件下,栅极材料类型和栅极掺杂条件都将改变阈值电压。对于以多晶硅为栅极的器件,器件的阈值电压因多晶硅的掺杂类型以及掺杂浓度而发生变化

  各种单级放大器的特点

  差分放大器:抗干扰能力高,输入输出范围增大,信噪比大,失真度减小,面积增加一倍。

  反相放大器:优点是跨导与电流,放大器的线性特性好,大信号下也是如此。

  CASCOD:E增益高,输出电阻大,带宽小,具有屏蔽特性(减少失配),减小 MILLER效应对上一级的影响。

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