MOSFET的弱反型区

2024.9.11

一、实验要求

分别估算本书所使用工艺NMOS和PMOS晶体管亚阈值系数的值；通过对仿真结果的分析，大致寻找弱反型区与强反型区之间的过渡区域。

二、实验原理及过程

• 偏置在弱反型区MOSFET的跨导为

\[g_{m,w_{i}}=\frac{I_{D}}{\eta{V_{T}}}\]

• 首先对NMOS进行分析，设计如题目所示的电路如下

​ 进行题目要求的DC仿真，结果如下

• 分析发现，NMOS的阈值电压\(V_{TH}\)在0.4V左右，取\(V_{GS}\)= 0.38V的弱反型区进行分析

\[ \eta= \frac{I_{D}}{g_{m,w_{i}}V_{T}}= \frac{1.8253u}{26.5655u*26m}=2.64 \]

• 将NMOS换成同等尺寸的PMOS，将Vin调整为1.4V，使得Vs-Vd略小于Vth，进行op仿真结果如下

\[ \eta= \frac{I_{D}}{g_{m,w_{i}}V_{T}}= \frac{42.7474n}{994.3032n*26m}=1.65 \]

• 通常情况下，1<\(\eta<3\)。当\(V_{\mathrm{GS}}\)满足\(V_{\mathrm{GS}}<V_{\mathrm{TH}}-\eta kT/q\) 时，一般认为MOSFET 进入弱反型区域；而当\(V_{\mathrm{GS}}>V_{\mathrm{TH}}+\eta kT/q\)时，可认为 MOSFET 工作在强反型区。