在MOS晶體管領域,溝道調制效應是一個關鍵概念。當MOS晶體管的柵下溝道處于預夾斷狀態,如果持續增加漏源電壓(Vds),夾斷點會向源極方向發生微小位移。這使得夾斷點至源極的溝道長度出現輕微縮減,進而導致有效溝道電阻也相應減小。如此一來,自源極漂移到夾斷點的電子數量增多,耗盡區內的漂移電子也隨之增加,最終促使漏源電流(Id)增大。


從物理公式的角度可以對溝道調制效應加以闡釋。在飽和區,漏極電流ID的理論計算公式為ID=(1/2)μnCoxW/L(VGS-VTH)^2。不過,為了能體現漏源電壓VDS對溝道長度的影響,需要引入溝道長度調制系數λ,對公式進行修正,修正后的公式為ID=(1/2)μnCoxW/L(VGS-VTH)^2(1+λVDS)。該公式清晰地揭示了漏源電壓VDS對漏極電流ID具有調制功能,其中λ是表征這種調制作用的系數。
溝道調制效應對晶體管性能有著不可忽視的影響。通常情況下,晶體管尺寸越大,溝道長度調制效應表現得越不明顯,與此同時,Early電壓VA也會相應增大。這表明在大尺寸晶體管中,溝道長度調制效應所帶來的影響相對較小。
在實際應用過程中,深入了解并充分考慮溝道調制效應對于MOS晶體管的設計與優化工作極為重要。例如,當晶體管處于非飽和區工作狀態時,漏極附近的溝道厚度相較于源區會更薄,這一現象會對晶體管性能產生影響。借助對溝道調制效應的把握與利用,能夠優化晶體管設計,進而提升其性能表現。
以加柵壓Vgs形成導電溝道的NMOSFET為例,當漏源電壓Vds增大到一定程度時,溝道電壓降隨之增大,直至Vgd=VT。此時,由于柵漏之間的電壓差降低,漏端附近的反型層會消失,這一現象被稱為溝道夾斷。如果繼續增大Vds,夾斷點將向源端移動,從宏觀上看,有效溝道長度似乎減小,這就是溝道調制效應。
對于長溝器件來說,溝道長度的變化ΔL相對于原始溝道長度可以忽略不計。然而,在當今集成電路特征尺寸不斷縮小的大背景下,溝道調制效應所產生的影響變得越來越不容忽視。
溝道長度調制效應是MOS晶體管工作在飽和區時出現的一種重要物理現象。當漏源電壓(Vds)升高時,實際的反型層溝道長度會逐漸縮短,這一現象即為溝道長度調制效應。
具體而言,當MOS晶體管的柵下溝道預夾斷后,若繼續增大Vds,夾斷點會略微向源極方向移動。這使得夾斷點到源極之間的溝道長度出現輕微減小,有效溝道電阻也隨之減小。這樣的變化促使更多電子從源極漂移到夾斷點,耗盡區內的漂移電子數量增多,從而導致漏極電流(Id)增大。

作為MOS結構的一個二級效應,溝道長度調制效應對MOS晶體管的工作特性和性能發揮著至關重要的作用。

作為MOS結構的一個二級效應,溝道長度調制效應對MOS晶體管的工作特性和性能發揮著至關重要的作用。
當漏源電壓增加時,溝道長度調制效應會使速度飽和點從漏端向源端移動,進而導致漏源電流隨漏源電壓的增加而相應增大。在飽和區,D和S之間的電流源存在非理想情況,這主要是因為溝道長度是漏源電壓的函數,從而使得漏極電流出現增加的趨勢。這種效應在短溝道器件中表現得尤為顯著,因為短溝道器件具有較強的場強,速度飽和效應可能先于溝道夾斷而導致電流飽和。
此外,溝道長度調制效應還可應用于放大器的有源負載設計。它能夠提供電流,并且具備較高的輸出阻抗,從而實現較大的增益。在仿真過程中,通過調整溝道長度和寬度參數可以觀察到,溝道長度越短,輸出電阻越小,作為放大器的有源負載時增益也會相應減小。
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