习题810-9 2021/2/23 作者:清华大学电子工程系罗嵘 第286页
2021/2/23 作者：清华大学电子工程系 罗嵘 第286页 习题8 10-9
第五章集成逻辑电路 51概述 511MOS管的基本特性 512CMOS逻辑电路 52半导体存储器 521随机存取存储器 522只读存储器 5.3可编逻辑器件 5.3.1可编程逻辑阵列 53.2可编程阵列逻辑 5.3.3其它可编程逻辑器件 2021/2/23 作者:清华大学电子工程系罗嵘 第287页
2021/2/23 作者：清华大学电子工程系 罗嵘 第287页 第五章 集成逻辑电路 5.1概述 5.1.1 MOS管的基本特性 5.1.2CMOS逻辑电路 5.2半导体存储器 5.2.1随机存取存储器 5.2.2只读存储器 5.3可编逻辑器件 5.3.1可编程逻辑阵列 5.3.2可编程阵列逻辑 5.3.3其它可编程逻辑器件
(P227-245;“电子线路基础”P77-97,P107) 511MOS管的基本特性 MOS管:一种常用的绝缘栅场效应管,金属氧化物半导体场 效应管( Metal oxide semiconductor) 原理:通过改变电场强度控制半导体导电能力。 特点:集成度高(芯片面积小,制造工艺简单,成本低); 功耗低;工作速度略低(电容的充放电)。 分类: N沟道增强型MOS管( ENMOS);N沟道耗尽型MOS管 (DNMOS) P沟道增强型MOS管( EPMOS);P沟道耗尽型MOS管 (DPMOS) 2021/2/23 作者:清华大学电子工程系罗嵘 第288页
2021/2/23 作者：清华大学电子工程系 罗嵘 第288页 （P227-245； “电子线路基础”P77-97，P107） 5.1.1 MOS管的基本特性 MOS管：一种常用的绝缘栅场效应管，金属-氧化物-半导体场 效应管(Metal Oxide Semiconductor) 原理：通过改变电场强度控制半导体导电能力。 特点：集成度高（芯片面积小，制造工艺简单，成本低）； 功耗低；工作速度略低（电容的充放电）。 分类： N沟道增强型MOS管（ENMOS）；N沟道耗尽型MOS管 （DNMOS） P沟道增强型MOS管（EPMOS ）；P沟道耗尽型MOS管 （DPMOS）
G DsO2绝缘层S:源极 G:栅极 B }dD:漏极 S B:衬底 电路符号 d:氧化层厚度 沟道长度 耗尽层 W:沟道宽度 掺杂浓度低B高掺杂70年代,L=10m,d=0.1pm 的P型硅片 80年代,L=1pm,d=0.02m N沟道增强型MOS管的结构 90年代末,L=15mm,d=6nm 若S与B不连在一起,Vs=0,则s,pD 漏区和源区被P型衬底隔开,背靠 背的两个PN结,i=0 B 2021/2/23 作者:清华大学电子工程系罗嵘 第289页
2021/2/23 作者：清华大学电子工程系 罗嵘 第289页 S G D Al N+ N+ L B W 掺杂浓度低 的P型硅片 SiO2绝缘层 耗尽层 S：源极 G：栅极 D：漏极 B：衬底 d：氧化层厚度 L：沟道长度 W：沟道宽度 高掺杂 70年代，L=10µm，d=0.1µm 80年代，L=1µm，d=0.02 µm 90年代末，L=.15µm，d=6 nm d 电路符号 S G D B N沟道增强型MOS管的结构 S B 若S与B不连在一起，VGS=0，则 D 漏区和源区被P型衬底隔开，背靠 背的两个PN结， iD =0
DS 当Ds=0,Ves>0时,电场E→多 子↓,少子个→形成耗尽层,Vs GS iD个↑→耗尽层宽度↑ 当Ves=Vm时,形成反型层(P G →N) 22团 B 反型层 E 导电沟道 Ⅴcs↑→E↑→反型层厚度↑,称为增强型 2021/2/23 作者:清华大学电子工程系罗嵘 第290页
2021/2/23 作者：清华大学电子工程系 罗嵘 第290页 当VDS=0， VGS>0时，电场E→多 子，少子 → 形成耗尽层， VGS → 耗尽层宽度 当VGS= VTH时，形成反型层（P → N） E B S G D N+ N+ - + - + VDS VGS iD N+ N+ 反型层 导电沟道 VGS → E →反型层厚度 ，称为增强型
GS G 囫DD MAMMa 当VDs>0时,将产生漏极电流i,在导电沟道 B中产生压降,Vo最高,vcD最低 当Ds=VsVm时,VD=Vm,D极端的 沟道厚度为0,沟道预夹断 当 Vs>Vac-V时,VcD=Vm,D极端的沟 道厚度为0,沟道夹断 2021/2/23 作者:清华大学电子工程系罗嵘 第291页
2021/2/23 作者：清华大学电子工程系 罗嵘 第291页 当VDS>0时，将产生漏极电流iD，在导电沟道 中产生压降，VGS最高，VGD最低 当VDS= VGS—VTH时，VGD= VTH，D极端的 沟道厚度为0，沟道预夹断 当VDS>VGS—VTH时，VGD= VTH，D极端的沟 道厚度为0，沟道夹断 VDS S G D N+ N+ B - + - + VGS iD N+ N+ N+ N+
N沟道增强型MOS管的特性 输出特性:漏极电流(输出电流)i随Vs(输出电压) 的变化关系 vDs=ⅤcsⅤ D GS 十 截止区: m 时,D与S之间还未形成导电沟道,如同断开的开关 °可变电阻区 s>Vm,VDsⅤosVm时,D与S之间形成导电沟道,沟道 未夹断,D与S之间可看作上一个受Ⅴcs控制的可变电阻 °饱和区: os>Vm,Vns> Vcs-V时,沟道预夹断,VDs↑→形成夹断 区,i仅受ve的影响,Vs个→i个,可看作导通的开关 2021/2/23 作者:清华大学电子工程系罗嵘 第292页
2021/2/23 作者：清华大学电子工程系 罗嵘 第292页 •N沟道增强型MOS管的特性 输出特性：漏极电流（输出电流）iD随VDS（输出电压） 的变化关系 VDS + - VGS - + iD iD VDS VGS VDS =VGS—VTH •截止区： VGS VTH， VDS VTH， VDS> VGS—VTH时，沟道预夹断， VDS →形成夹断 区， iD仅受VGS的影响， VGS → iD，可看作导通的开关
转移特性:漏极电流(输出电流)i随Vcs的变化 关系 Vos=C DS TH VTH称为阈值电压或开启电压,与衬底电 压和掺杂浓度有关 2021/2/23 作者:清华大学电子工程系罗嵘 第293页
2021/2/23 作者：清华大学电子工程系 罗嵘 第293页 转移特性：漏极电流（输出电流）iD随VGS的变化 关系 VDS=C iD VGS VTH VTH称为阈值电压或开启电压，与衬底电 压和掺杂浓度有关
表1各种场效应管的特点 基漏「导电「阈栅极漏源其它特点 符号 片源沟道电工作工作 材|材类型压电压电压 料料 VGs DS 沟n型型|空穴 负 负易做、速度慢 道增 负 G 强型 DSD n沟|p型n型电子v1正正载流子为电 道增 正 子,电子迁移 强型 率高,故速度 p沟n型p型空穴V 实际中 很难制 道耗 正 快推造 G 尽型 道/型m型电子v;零 沟 正速度较快,可 负正、负 在零栅压下工 尽型 均可 作 2021/2/23 作者:清华大学电子工程系罗嵘 第294页
2021/2/23 作者：清华大学电子工程系 罗嵘 第294页 表 1 各种场效应管的特点 基 片 材 料 漏 源 材 料 导电 沟道 类型 阈 电 压 栅极 工作 电压 vGS 漏源 工作 电压 vDS 其它特点 符号 p 沟 道增 强型 n 型 p 型 空穴 VT 负 负 负 易做、速度慢 n 沟 道增 强型 p 型 n 型 电子 VT 正 正 正 载流子为电 子，电子迁移 率高，故速度 快 p 沟 道耗 尽型 n 型 p 型 空穴 VI 正 实际中很难制 造 n 沟 道耗 尽型 p 型 n 型 电子 VI 负 零 、 正、负 均可 正 速度较快，可 在零栅压下工 作 G D S G D S G D S G D S
源跟随器 P DD D Gs一VDD DSVGSI 0 P:Vcu=0,Vns=Vb,Vc=0,截止 P1:V=0→>VD,Vc=0,cs=VDs=VDD,导通,饱和区, 给C1充电,VC个 P2:V=VDVr,Vs=VT,截止,C充电停止,Vcr<Ve, 缺点1 Ⅴc↑→i↓→R0n↑→工作速度↓,缺点2 2021/2/23 作者:清华大学电子工程系罗嵘 第295页
2021/2/23 作者：清华大学电子工程系 罗嵘 第295页 VG VDD iD CL 源跟随器 iD VDS VDS =VGS VGS = VDD P1 P2 P0 P0：VCL=0，VDS=VDD，VG=0，截止 P1： VG=0→ VDD ， VCL=0， VGS =VDS=VDD，导通，饱和区， 给CL充电，VCL P2： VCL =VDD-VT ， VGS =VT，截止，CL充电停止，VCL< VG， 缺点1 VCL → iD → Ron →工作速度，缺点2