MOS管的最高頻率是多少及MOS管的頻率特性

MOS管的最高頻率特性

MOS管的頻率在工作頻率增高到一定值以后，它的特性就將隨著頻率的增高而變壞。大家知道，MOS管的溝道區(qū)隔著絕緣的氧化層，在這一氧化層上面覆蓋著金屬柵電極，于是就形成了以氧化物為介質(zhì)的平板電容器，稱為柵電容，用符號表示。如果在某一時刻輸入信號的變化使增加時，溝道中感生的載流子將增多。這些感生載流子的增多過程也就是柵電容的充電過程。充電是通過MOS管的通導(dǎo)電阻進(jìn)行的，其充電時間常數(shù)為而當(dāng)VG減小時，就要通過放電。

當(dāng)輸入信號的周期比柵電容通過充放電的時間常數(shù)長很多時（低頻情況），柵電容的充放電過程就進(jìn)行得很充分，輸出信號就完全能夠跟上輸入信號的變化。MOS管的頻率。這時，MOS管的放大性能將不會受到影響。但是，當(dāng)輸入信號的周期比柵電容充放電的時間常數(shù)還小，也就是輸入信號的角頻率比MOS管的固有頻率高時，即。這樣，柵電容的充放電過程就進(jìn)行得不夠充分，輸出信號就不能完全跟上輸入信號的變化。此時，MOS管的放大特性就要變壞。

當(dāng)輸入信號的角頻率時，我們定義這時的頻率為MOS管的最高頻率，用fm表示。

由于，上式可改寫為：

式中為平行板電容器電容，可近似地寫成。為單位面積氧化層電容。A為柵下面的溝道面積。于是可寫成：

再把代入（1-68）式得：

這就是MOS管的最高工作頻率表達(dá)式。這里的是用氧化層電容代入的，實(shí)際的將隨VGS的變化而改變其大小。

從（1-69）式中看到，MOS管的頻率，MOS管的最高頻率，與溝道長度的平方成反比。可見，要提高M(jìn)OS管的最高頻率，溝道長度L就必須設(shè)計(jì)得短一點(diǎn)。另外，與成正比。由于電子遷移率比空穴遷移率大，所以在其它條件相同的情況下，N溝道MOS管的高頻性能要比P型溝道MOS管要好。為了對有一個定量的概念，下面舉一個例子。

若某一N溝道MOS器件的可算得：

這是一個頻率相當(dāng)高的器件。實(shí)際上，MOS管的頻率，在MOS電路里的管，其最高頻率最少也要低2~3個數(shù)量級。這是因?yàn)榇嬖谠S多寄生電容。其中有金屬柵與源極擴(kuò)散區(qū)交迭造成的柵源覆蓋電容（還包括引線間的分布電容）、柵和漏之間的附加寄生電容；另外還有漏極與P型基片間的PN結(jié)電容和其他寄生電容，將構(gòu)成漏和源間的附加寄生電容。這些電容附加到MOS管之上（如圖1-34），將使器件頻率特性進(jìn)一步變壞。

在MOS集成電路里，除了MOS管的電容外，還有其他圖1-35 MOS管的一些寄生電容，在電路中起很大作用。這是MOS集成電路速度低謝加密生電容的原因所在。圖1-35表示MOS集成電路中各類寄生電容示意圖，其中：

MOS溝道電容；

PN結(jié)電容；

：金屬覆蓋氧化層電容；

金屬一薄氧化層-N區(qū)電容；

金屬-厚氧化層-N區(qū)電容。

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