溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng),溝道調(diào)制效應(yīng)的概念,原理-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2024-08-21
溝道調(diào)制效應(yīng)是指MOS晶體管中，當(dāng)柵下溝道預(yù)夾斷后，若繼續(xù)增大漏源電壓（Vds），夾斷點(diǎn)會(huì)略向源極方向移動(dòng)，導(dǎo)致夾斷點(diǎn)到源極之間的溝道長(zhǎng)度略有減小，有效溝道電阻也就略有減小，從而使更多電子自源極漂移到夾斷點(diǎn)，導(dǎo)致在耗盡區(qū)漂移電子增多，使漏源電流（Id）增大的效應(yīng)。
溝道調(diào)制效應(yīng)可以通過(guò)物理公式來(lái)解釋；在飽和區(qū)，漏極電流ID的公式為：ID=12μnCoxWL(VGS-VTH)2。為了解釋VDS對(duì)溝道長(zhǎng)度的影響，引入溝道長(zhǎng)度調(diào)制系數(shù)λ，將公式修正為：ID=12μnCoxWL(VGS-VTH)2(1+λVDS)。這個(gè)公式表明，漏源電壓VDS對(duì)漏極電流ID有調(diào)制作用，其中λ代表了這個(gè)調(diào)制系數(shù)。
溝道調(diào)制效應(yīng)會(huì)影響晶體管的性能。一般來(lái)說(shuō)，管子尺寸越大，其溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)越不明顯，Early電壓VA也越大。這意味著在大尺寸晶體管中，溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)的影響較小。
在實(shí)際應(yīng)用中，了解并考慮溝道調(diào)制效應(yīng)對(duì)于設(shè)計(jì)和優(yōu)化MOS晶體管至關(guān)重要。例如，在非飽和區(qū)工作時(shí)，漏極附近的溝道厚度會(huì)比源區(qū)薄，這會(huì)影響晶體管的性能。通過(guò)理解和利用溝道調(diào)制效應(yīng)，可以優(yōu)化晶體管的設(shè)計(jì)，提高其性能。
溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)是指MOS晶體管中，柵下溝道預(yù)夾斷后、若繼續(xù)增大Vds，夾斷點(diǎn)會(huì)略向源極方向移動(dòng)。導(dǎo)致夾斷點(diǎn)到源極之間的溝道長(zhǎng)度略有減小，有效溝道電阻也就略有減小，從而使更多電子自源極漂移到夾斷點(diǎn)，導(dǎo)致在耗盡區(qū)漂移電子增多，使Id增大的效應(yīng)。
以在加?xùn)艍篤gs且形成導(dǎo)電溝道的情況下的NMOSFET為例。若漏源電壓Vds增大至不可忽略，溝道電壓降增大直至Vgd=VT時(shí)，由于柵漏之間電壓差降低，漏端附近反型層消失，稱為溝道夾斷。若繼續(xù)增大Vds，夾斷點(diǎn)將向源端移動(dòng)，故"看起來(lái)"，有效溝道長(zhǎng)度減小，稱為溝道調(diào)制效應(yīng)。
對(duì)于長(zhǎng)溝器件而言，溝道變化長(zhǎng)度△L遠(yuǎn)小于原溝道長(zhǎng)度，即△L可忽略，但在集成電路特征尺寸逐漸縮小的今天，溝道調(diào)制效應(yīng)帶來(lái)的影響愈加不可忽視。
溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)是MOS晶體管中一個(gè)重要的物理現(xiàn)象，它發(fā)生在晶體管工作在飽和區(qū)時(shí)。當(dāng)漏源電壓（Vds）增大，導(dǎo)致實(shí)際的反型層溝道長(zhǎng)度逐漸減小，這一現(xiàn)象被稱為溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)。
具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)MOS晶體管中的柵下溝道預(yù)夾斷后，若繼續(xù)增大Vds，夾斷點(diǎn)會(huì)略向源極方向移動(dòng)，導(dǎo)致夾斷點(diǎn)到源極之間的溝道長(zhǎng)度略有減小，有效溝道電阻也就略有減小。這一變化使得更多電子自源極漂移到夾斷點(diǎn)，導(dǎo)致在耗盡區(qū)漂移電子增多，從而使漏極電流（Id）增大。這種效應(yīng)是MOS結(jié)構(gòu)的一個(gè)二級(jí)效應(yīng)，對(duì)MOS晶體管的工作特性和性能有著重要影響。
溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)的影響在于，當(dāng)漏源電壓增加時(shí)，速度飽和點(diǎn)在從漏端向源端移動(dòng)，使得漏源電流隨漏源電壓增加而增加。在飽和區(qū)，D和S之間電流源非理想，這是因?yàn)闇系篱L(zhǎng)度是漏源電壓的函數(shù)，導(dǎo)致漏極電流增加。這種效應(yīng)在短溝道器件中尤為明顯，因?yàn)槎虦系榔骷膱?chǎng)強(qiáng)較大，速度飽和效應(yīng)可能先于溝道夾斷導(dǎo)致電流飽和。
此外，溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)還可以被用作放大器的有源負(fù)載，因?yàn)樗芴峁╇娏鞑⒛芴峁┐蟮妮敵鲎杩梗瑢?shí)現(xiàn)較大增益。在仿真中，通過(guò)調(diào)整溝道長(zhǎng)度和寬度參數(shù)，可以觀察到溝道長(zhǎng)度越短，輸出電阻越小，做放大器的有源負(fù)載增益也會(huì)越小。
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