2022-2023學年高二物理競賽課件：半導體瞬態(tài)電路模型SPICE模型的建立

半導體瞬態(tài)電路模型（SPICE模型）的建立

1、交流瞬態(tài)模型結(jié)構(gòu)

柵源電容柵漏電容柵襯電容柵源覆蓋電容

柵漏覆蓋電容

襯漏寄生電容襯源寄生電容源極材料電阻材料串聯(lián)電阻溝道電流寄生二極管電流半導體瞬態(tài)電路模型（SPICE模型）的建立

MOS場效應晶體管中的電荷存儲效應，對MOS場效應晶體管及MOS電路的交流以及瞬態(tài)特性有決定性作用。覆蓋電容：柵區(qū)和源、漏區(qū)相應覆蓋區(qū)域之間的電容（1）多子表面堆積狀態(tài)——圖中的AB段柵壓為負值時，多子(空穴)表面堆積，表面電容CA取代CS可得多子表面堆積狀態(tài)下的“歸一化”電容負柵壓UG比較大時，US是比較大的負值，分母第二項趨于零。C/COX

=1，即C=COX

，電容是不隨柵偏壓變化的，總電容就等于SiO2層的電容。Accumulation（2）平帶狀態(tài)——圖中BC段，C點柵偏壓的絕對值逐漸減小時，US也變得很小，空穴的堆積減弱，使得C/COX隨表面勢|Us|的減小而變??；當UGS

=0時，曲線C點——平帶點

平帶電容平帶狀態(tài)的歸一化電容C點的位置與襯底的摻雜濃NA及SiO2的厚度有密切的關系。（3）表面耗盡狀態(tài)——圖中CD段柵極上加正偏，但未出現(xiàn)反型狀態(tài)，表面空間電荷區(qū)僅處于耗盡狀態(tài)，耗盡層電容表面剛耗盡時耗盡層歸一化電容電容隨柵壓的平方根增加而下降，耗盡狀態(tài)時，表面空間電荷層厚度Xdm隨偏壓UG增大而增厚，CD則越小，C/COX也就越??；Depletion（4）表面反型狀態(tài)——圖DE段柵極加正偏增大，表面出現(xiàn)強反型層，表面空間電荷區(qū)的耗盡層寬度維持在最大值Xdm，表面空間電荷層的電容表面出現(xiàn)強反型層歸一化電容當US正值且較大時，大量的電子堆積到表面，C/COX

=1圖中EF段——C=COX

Inversion2、交流瞬態(tài)模型參數(shù)

（1）寄生電流參數(shù)溝道電流IDS已確定，兩個寄生PN結(jié)二極管電流UBS、UBD為襯-源和襯-漏寄生PN結(jié)二極管的電壓（2）寄生勢壘電容AS和AD分別為源和漏結(jié)的底面積，CJ為源或漏對襯底結(jié)單位面積的零偏置電容，PS和PD分別為源結(jié)和漏結(jié)的周長，CJSW為源或漏側(cè)面單位周長的零偏置電容，mJ為源或漏底面積結(jié)的梯度系數(shù)，mJSW為源或漏側(cè)面結(jié)的梯度系數(shù)，UBJ為襯底結(jié)的自建勢。（3）電荷存儲產(chǎn)生的柵溝電容參數(shù)

柵-襯覆蓋電容柵-源覆蓋電容柵-漏覆蓋電容L、W為溝道長度和寬度；CGS0和CGD0分別為單位溝道寬度上的柵-源和柵-漏的覆蓋電容，CGB0為單位溝道長度上的柵-襯底覆蓋電容;3、極間電容隨工作條件發(fā)生的變化（1）在截止區(qū)

溝道尚未形成，柵-溝道電容CGC等于柵對襯底的電容CGB

UGS的增加，表面開始反型，CGB隨著UGS的增大而減小≤

多子表面堆積狀態(tài)平帶狀態(tài)（2）在線性區(qū)溝道已經(jīng)形成，CGC=CGS+CGD

在UDS=0時，UGD=UGS，（3）在飽和區(qū)溝道中載流子電荷不隨漏極電壓改變而改變，CGD等于零，臨界飽和時，溝道開始夾斷，UDS

=UGS

UT

，4.5交流小信號參數(shù)和頻率特性

小信號(Smallsignal)特性——在一定工作點上，輸出端電流IDS的微小變化與輸入端電壓UGS的微小變化之間有定量關系，是一種線性變化關系；小信號參數(shù)——不隨信號電流和信號電壓變化的常數(shù)；假定：在任意給定時刻，端電流瞬時值與端電壓瞬時值間的函數(shù)關系與直流電流、電壓間的函數(shù)關系相同。4.5.1交流小信號參數(shù)

1．跨導

gm

反映外加柵極電壓(Input)