集成电路中的MOS晶体管模型

MOS模型
MOS的模型是SPICE的MOSFET模型中简单的一种。该模型适于沟长大于5微米，栅氧化层厚度大于500埃的MOSFET。计算速度快但不。

MOSFET的二级模型是基于几何图形的分析模型。在MOSFET的二级模型中，考虑了小尺寸器件的一些二级效应的影响。该模型适于沟长大于2微米,沟道宽度在6微米左右，栅氧化层厚度大于250埃的MOSFET。考虑的主要的二级效应包括：
（1） 短沟和窄沟效应对阈值电压的影响。
（2） 表面电场对载流子迁移率的影响。
（3） 载流子的漂移度饱和。
（4） 亚阈值电流（弱反型电流）。
计算速度慢， 仍不够， 输出电阻不连续

MOSFET的三级模型是一个包括短沟和窄沟等二级效应的半经验模型。与MOSFET的二级模型相比，计算效率较高，但它的经验模型参数与器件尺寸有关。该模型适于沟长大于1微米,栅氧化层大于200埃的MOSFET。其中主要考虑的二级效应有：
（1） 漏压感应的表面势垒降低（DIBL）对阈值电压的影响。
（2） 短沟和窄沟效应对阈值电压的影响。
（3） 表面电场对载流子迁移率的影响。
（4） 载流子的漂移速度饱和。
三级模型中的亚阈值区电流与二级模型相同。
计算速度快， 但输出电阻不连续。
MOS晶体管的电流-电压方程
对于MOS晶体管的电流-电压特性的经典描述是萨氏方程。

式中的λ是沟道长度调制因子，表征了沟道长度调制的程度，当不考虑沟道长度调制作用时，λ=10~5m硅栅P阱CMOS工艺沟道长度调制因子λ的典型值：

其中， 为NMOS的导电因子，

为NMOS的本征导电因子，

，为电子迁移率，介电常数 ，其中 为真空电容率，等于 ；
为二氧化硅相对介电常数，约等于3.9；
为栅氧化层的厚度；W为沟道宽度；L为沟道长度；(W/L)称为器件的宽长比，是器件设计的重要参数。

在非饱和区，漏源电流-漏源电压关系是一个
抛物线方程，当VDS→0时，忽略平方项的影响，
漏源电流—漏源电压呈线性关系。
IDS=kN{2(VGS-VTN)VDS}
对应每一个VGS，抛物线方程的值发生在
临界饱和点VDS=VGS-VTN之处，当漏源电压继续
增加，则器件进入饱和区，这时的漏源电流与漏
源电压关系由沟道长度调制效应决定。萨氏方程是MOS晶体管设计的重要、也是常用的方程。