在MOS晶体管领域,沟道调制效应是一个关键概念。当MOS晶体管的栅下沟道处于预夹断状态,如果持续增加漏源电压(Vds),夹断点会向源极方向发生微小位移。这使得夹断点至源极的沟道长度出现轻微缩减,进而导致有效沟道电阻也相应减小。如此一来,自源极漂移到夹断点的电子数量增多,耗尽区内的漂移电子也随之增加,最终促使漏源电流(Id)增大。


从物理公式的角度可以对沟道调制效应加以阐释。在饱和区,漏极电流ID的理论计算公式为ID=(1/2)μnCoxW/L(VGS-VTH)^2。不过,为了能体现漏源电压VDS对沟道长度的影响,需要引入沟道长度调制系数λ,对公式进行修正,修正后的公式为ID=(1/2)μnCoxW/L(VGS-VTH)^2(1+λVDS)。该公式清晰地揭示了漏源电压VDS对漏极电流ID具有调制功能,其中λ是表征这种调制作用的系数。
沟道调制效应对晶体管性能有着不可忽视的影响。通常情况下,晶体管尺寸越大,沟道长度调制效应表现得越不明显,与此同时,Early电压VA也会相应增大。这表明在大尺寸晶体管中,沟道长度调制效应所带来的影响相对较小。
在实际应用过程中,深入了解并充分考虑沟道调制效应对于MOS晶体管的设计与优化工作极为重要。例如,当晶体管处于非饱和区工作状态时,漏极附近的沟道厚度相较于源区会更薄,这一现象会对晶体管性能产生影响。借助对沟道调制效应的把握与利用,能够优化晶体管设计,进而提升其性能表现。
以加栅压Vgs形成导电沟道的NMOSFET为例,当漏源电压Vds增大到一定程度时,沟道电压降随之增大,直至Vgd=VT。此时,由于栅漏之间的电压差降低,漏端附近的反型层会消失,这一现象被称为沟道夹断。如果继续增大Vds,夹断点将向源端移动,从宏观上看,有效沟道长度似乎减小,这就是沟道调制效应。
对于长沟器件来说,沟道长度的变化ΔL相对于原始沟道长度可以忽略不计。然而,在当今集成电路特征尺寸不断缩小的大背景下,沟道调制效应所产生的影响变得越来越不容忽视。
沟道长度调制效应是MOS晶体管工作在饱和区时出现的一种重要物理现象。当漏源电压(Vds)升高时,实际的反型层沟道长度会逐渐缩短,这一现象即为沟道长度调制效应。
具体而言,当MOS晶体管的栅下沟道预夹断后,若继续增大Vds,夹断点会略微向源极方向移动。这使得夹断点到源极之间的沟道长度出现轻微减小,有效沟道电阻也随之减小。这样的变化促使更多电子从源极漂移到夹断点,耗尽区内的漂移电子数量增多,从而导致漏极电流(Id)增大。

作为MOS结构的一个二级效应,沟道长度调制效应对MOS晶体管的工作特性和性能发挥着至关重要的作用。

作为MOS结构的一个二级效应,沟道长度调制效应对MOS晶体管的工作特性和性能发挥着至关重要的作用。
当漏源电压增加时,沟道长度调制效应会使速度饱和点从漏端向源端移动,进而导致漏源电流随漏源电压的增加而相应增大。在饱和区,D和S之间的电流源存在非理想情况,这主要是因为沟道长度是漏源电压的函数,从而使得漏极电流出现增加的趋势。这种效应在短沟道器件中表现得尤为显著,因为短沟道器件具有较强的场强,速度饱和效应可能先于沟道夹断而导致电流饱和。
此外,沟道长度调制效应还可应用于放大器的有源负载设计。它能够提供电流,并且具备较高的输出阻抗,从而实现较大的增益。在仿真过程中,通过调整沟道长度和宽度参数可以观察到,沟道长度越短,输出电阻越小,作为放大器的有源负载时增益也会相应减小。
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