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体效应

Simulation for new lib-2 体效应对阈值电压的影响

之前简单介绍了关于 MOSFET 的阈值的简单仿真方法, 并以此来了解新工艺下 MOS 管阈值电压 Vth 的变化。

但是,在具体的实际电路设计中,常常有 MOS 管的源极(s)与衬底(b)的电位不同的情况(例如常见的 cascode 结构中的 cascode 管以及 nmos 输入的差分对管),这时体效应(或者说衬偏效应)会使 mos 管的阈值电压发生变化。在这里我们也可以通过仿真简单的评估一下体效应对 mos 管阈值的具体影响。

体效应影响的简单仿真电路如下:
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MOSFET 体效应

打算抽空把模拟集成电路设计的基础知识清一遍,先从 MOSFET 的基本内容开始.

MOSFET 的体效应(body-effect,也叫衬底调制效应/衬偏效应),主要是来源于 MOS 管的 S-B(Source-Bulk)端之间的偏压对 MOSFET 阈值电压 vth 的影响:

以 NMOS 的晶体管为例,当晶体管的源端的电势高于体端电势时,源和体区的二极管反偏程度增加,栅下面的表面层中将有更多的空穴被吸引到衬底,使耗尽层中留下的不能移动的负离子增多,耗尽层宽度增加,耗尽层中的体电荷面密度 Qdep 也增加。而从一般的 MOSFET 的阈值电压的关系式中 Vth 与 Qdep 的关系(可以考率 Vth 为 MOS 栅电容提供电荷以对应另一侧耗尽区固定电荷的大小),可以看到阈值电压将升高。

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