Нелинейная модель МДП транзистора
Рассмотрим нелинейную модель или модель для большого сигнала для n-канального МДП транзистора. Модель для p-МДП будет представляться аналогично, с тем только условием, что ток будет с отрицательным знаком, и будет использоваться модуль порогового напряжения.
При условии длинно-канальных транзисторов, в качестве модели можно использовать выражение Шихмана-Ходжеса:
,
где - ток через транзистор; , - напряжения затвор-исток и сток-исток, соответственно; - подвижность носителей заряда в канале (см2/В∙с); - удельная емкость подзатворного диэлектрика, зависящий от диэлектрической проницаемости диэлектрика и его толщины; , - эффективные ширина и длина канала соответственно; - пороговое напряжение, которое для n-МДП транзистора выражается формулой:
, (2.1)
где
- коэффициент влияния подложки; - напряжение инверсного слоя, - поверхностный потенциал, - контактная разность потенциалов, и - напряжения инверсного слоя в подложке и на затворе (n+ поликремний), - заряд окисла, -концентрация собственных носителей заряда. Как видно из выражения (2.1), зависимость МДП транзистора от потенциала исток-подложка представляет его модель как четырехвыводной элемент.
Однако при разработке схем удобнее пользоваться сокращенным выражением модели, используя больше электрические нежели физические параметры. Так выражение (2.1) приобретет вид:
или , где - параметр проводимости, который определяется как: . В простейшем случае, когда транзистор работает в крутой области, при низком уровне напряжения на затворе и стоке, значение стремиться к . Для других случаев, обычно меньше. В области насыщения для n-канального МДП транзистора величина может быть 110,0±10 % мкА/В2.
В зависимости от значения выражения существует несколько режимов работы транзистора. При нулевом или отрицательном напряжении , транзистор находится в режиме отсечки и ток . Вообще, разность является показательной и её обозначают, как , то есть напряжение насыщения. Действительно, если напряжение , то транзистор находится в линейной или крутой области, где выражение для тока принимает вид: . При напряжении сток-исток больше, чем напряжение насыщения , ток транзистора становится равным: . Последнее выражение должно быть изменено, с учетом наличия модуляции длинны канала, вызванной насыщением зарядов в канале и ограниченным полем. Этот эффект может быть учтен, умножением последнего выражения на дополнительный фактор , где является текущим напряжением сток-исток. Тогда выражение для модели в области насыщения примет вид: , при
Эквивалентная схема МДП транзистора соответствует его структуре. Эквивалентная схема МДП транзистора, а также соответствующие ей элементы структуры показаны на рис. 2.4.
Рис. 2.4 - Элементы структуры п-канального МДП транзистора и его нелинейная эквивалентная схема в простейших моделях
Параметр определяет наклон ВАХ в пологой области (этот наклон считается пропорциональным току). Его смысл можно проиллюстрировать рис. 2.5.
Рис. 2.5 - Физический смысл параметра
По экспериментальным данным параметр можно подобрать так, чтобы наклон ВАХ при и выбранном (типичном для работы схемы) значении соответствовал реальному.
При выходная ВАХ в модели линейна:
.
По экспериментальным данным параметр можно подобрать так, чтобы наклон ВАХ при и выбранном (типичном для работы схемы) значении (или тока ) соответствовал реальному.
При инверсном режиме работы МДП транзистора ( ) в уравнениях автоматически корректируются знаки.
1) Пороговое напряжение.
В формуле для iD . Пороговое напряжение:
.
2) Емкости CBS, CBD.
Емкости CBS,CBD можно задавать как сумму барьерных и диффузионных емкостей рп-переходов с учетом размеров -области истока (при этом по умолчанию ):
,
где и (площадь и периметр -области истока), и - удельные (на единицу площади и длины периметра -области) емкости при , - время жизни носителей в канале.
Вольт-фарадные характеристики барьерных емкостей имеют такой же вид, как и емкости р-п-перехода в модели диода.
Дата добавления: 2022-02-05; просмотров: 288;