MOS管电容分别由氧化层电容和半导体电容串联组成,Cox为固定电容值,和电容极板的厚度以及面积有关。Cs为可变电容,与MOS管的工作状态有关。
MOS管的结构和电容示意图
当VGS为负压时,源漏之间的N型沟道还没有形成,会使P型衬底的空穴在栅氧下方积累。这时候的MOS电容的绝缘介质为栅氧。
当VGS电压由负压逐渐转为正压时,SiO2下面的P型衬底的空穴开始被排斥,形成耗尽层(即空间电荷区,多子被耗尽了)。
这个空间电荷区是由电子和空穴结合后形成的区域,它不带电,所以是个绝缘体。这个绝缘体也形成了一个电容,该电容与栅氧电容并联,导致总的等效电容值下降。
并且,随着电压的升高,空间电荷区的宽度增大,总电容值继续下降。当VGS电压继续增大,少子被吸引到表面形成反型层,形成N型沟道,源漏端和这个沟道连接在一起,这样电容即为栅氧化层电容。
我们可以通过0.18工艺的5V MOS管仿真MOS电容:进行ac仿真,加到Gate上面的电压交流信号幅度为1,扫描变量直流电压V,并且频率固定为一定值1/2π。
根据下列公式,即可得到电流I的值就等于电容值。
1、当source,drain和背栅接在一起。
低频时C-V变化曲线
2、当加在栅压上的交流电压频率为159T时,电容的曲线为:
高频时C-V变化曲线
有一类常见的可变电容,这种电容工作在积累区,它随电压变化的线性度比较好,在电路中得到广泛的使用。
当VGS大于0时,沟道积累多子,沟道导通的更厉害,电容即为栅氧电容。
当VGS为负时,沟道开始吸引少子空穴,开始经历耗尽层和反型层,沟道电容和栅氧电容串联,电容值减小。
反型时形成P沟道,所以源漏不短接,这一点和MOS电容有区别。
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