西安交通大学：《VLSI设计基础》课程教学课件（讲稿）第3章 MOS晶体管模型与CMOS模拟电路基础（MOS晶体管模型、CMOS模拟电路基本模块、单级CMOS放大器）

可由测量试验数据得到入I plVa +Vps1Vps2 -VDs1Ip2 - IDIT1GS5TIp2Vcs41I p2 - I DLIpl2=VGs3V.IDiVDs2 - ID2VDs1.VGs2Vcsl- 1/ 入VpslVps2Vps厄雷电压-VA△L / L沟道长度调制系数2.指明L对应的入：与L成反比VDs若L=0.5um时，入=0.1V-1，当L一1um时，元=0.05V-1西安交通大学微电子学系22

2008-3-19 微电子学系 22 L / DS L V λ Δ 沟道长度调制系数： = 2 1 12 21 1 D D A D DS D DS I I V IV IV λ − = = − 指明L对应的λ； λ与L成反比 若L＝0.5μm 时， λ =0.1V-1，当 L＝ 1μm 时， λ =0.05V-1 可由测量试验数据得到λ 1 1 2 1 21 A DS D DS DS D D V V I VV II + = − − 厄雷电压-VA

NMOS晶体管的I-V特性(二级近似)二级近似，考虑沟道长度调制效应Ips随Vps变化，沟道长度调制系数入通常由实验数据得到。VGS2VGS1级近似，不考虑沟道长度调制效应IDs不随VDs变化，输出电阻无穷大。Vos沟道长度调制效应所引起的饱和区有限斜率西安交通大泽微电子学系23

2008-3-19 微电子学系 23 NMOS晶体管的I-V特性(二级近似) 一级近似，不考虑沟道长度调制效应 IDS不随VDS变化，输出电阻无穷大。 二级近似，考虑沟道长度调制效应， IDS随VDS变化，沟道长度调制系数λ 通常由实验数据得到。 沟道长度调制效应所引起的饱和区有限斜率

短沟道I-V特性(NMOS2.5+104Vca = 2.5V2Vcs = 2.0V31.5线性*饱和VGs = 1.5V11VGs = 1.0V0. 50200. 511.52.5Vps (M)NMOS transistor, 0.25um, Ld=0.25um, W/L= 1.5,Vpp =2.5V,V.=0.4V西安交通大学微电子学系24

2008-3-19 微电子学系 24 短沟道 I-V特性(NMOS) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 I D (A ) VDS (V) X 10-4 VGS = 1.0V VGS = 1.5V VGS = 2.0V VGS = 2.5V NMOS transistor, 0.25um, Ld = 0.25um, W/L = 1.5, VDD = 2.5V, VT = 0.4V 线性 饱和

PMOS晶体管I-V特性Vps (M) -10Is=-1.0V-0.23-0. 4=-1.5V0N-0. 6D<OVGs = -2.0VVGs<00.8由于空穴的迁移率小于电子的迁移率，所以相s=-2.5VVG-1 X 10-4同尺寸的PMOS的导电能力小于NMOS。PMOStransistor,0.25um,Ld=0.25umW/L = 1.5, Vpp = 2.5V, V = -0.4V西安交通大学微电子学系25

2008-3-19 微电子学系 25 PMOS晶体管I-V特性 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 -2 -1 0 I D S (A ) VDS (V) X 10-4 VGS = -1.0V VGS = -1.5V VGS = -2.0V VGS = -2.5V PMOS transistor, 0.25um, Ld = 0.25um, W/L = 1.5, VDD = 2.5V, VT = -0.4V VTP<0 VGS<0 由于空穴的迁移率小于 电子的迁移率，所以相 同尺寸的PMOS的导电 能力小于NMOS

NMOS晶体管I-V特性一总结C.DVps=VGs-V,104DS=2.5V截至区：VGs-V-≤05线性区饱和区Ips = 0(S)Vcs=2.0V线性区：0<Vps<VGs-VT3KWVcs=1.5V[2(VGs -VTN )VDs -VBsDS21V.-10V截至区饱和区：0<VGs-V≤Vps00.51.522.5Vbs(V)NMOStransistor.0.25um,Ld=10umKW-V)(1+VDs)W/L= 1.5, VpD = 2.5V, V =0.4VDS2西安交通大学微电子学系26

2008-3-19 微电子学系 26 NMOS晶体管I-V特性－总结 „ 截至区：VGS-VT≤0 „ 线性区：0<VDS<VGS-VT „ 饱和区：0<VGS-VT≤VDS ' 2 ( ) (1 ) 2 DS GS TN DS eff K W I VV V L = −+ λ 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 1 2 3 4 5 6x 10-4 VDS(V) I DS(A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V 线性区 饱和区 VDS = VGS - VT 截至区 VGS G S D BVDS ' 2 ( ) (1 ) 2 DS GS TN DS K W I VV V L = −+ λ ' 2 [2( ) ] 2 DS GS TN DS DS K W I V VV V L = −− 0 DS I = NMOS transistor, 0.25um, Ld = 10um, W/L = 1.5, VDD = 2.5V, VT = 0.4V