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

半導(dǎo)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(dǎo)體瞬態(tài)電路模型（SPICE模型）的建立

MOS場效應(yīng)晶體管中的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，對MOS場效應(yīng)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(yīng)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(fù)值時(shí)，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(fù)柵壓UG比較大時(shí)，US是比較大的負(fù)值，分母第二項(xiàng)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(diǎn)柵偏壓的絕對值逐漸減小時(shí)，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(dāng)UGS

=0時(shí)，曲線C點(diǎn)——平帶點(diǎn)

平帶電容平帶狀態(tài)的歸一化電容C點(diǎn)的位置與襯底的摻雜濃NA及SiO2的厚度有密切的關(guān)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(shí)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(shí)，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?。籇epletion（4）表面反型狀態(tài)——圖DE段柵極加正偏增大，表面出現(xiàn)強(qiáng)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(qiáng)反型層歸一化電容當(dāng)US正值且較大時(shí)，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(gè)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(chǔ)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(shí)，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(shí)，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(diǎn)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(guān)系，是一種線性變化關(guān)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(shí)刻，端電流瞬時(shí)值與端電壓瞬時(shí)值間的函數(shù)關(guān)系與直流電流、電壓間的函數(shù)關(guān)系相同。4.5.1交流小信號參數(shù)

1．跨導(dǎo)

gm

反映外加?xùn)艠O電壓(Input)