一文解析MOS管的三个二级效应

　　在我们之前的分析中，我们都认为MOS管的衬底和源极相连，即VBS=0。但在很多情况下，源极和衬底的电位并不相同。
　　对NMOS管而言，衬底通常接电路的电位（GND），有VBS《0；
　　对PMOS管而言，衬底通常接电路的电位（VDD），有VBS》0。
　　这时，MOS管的阈值电压将随其源极和衬底之间电位的不同而发生变化，这一效应称为“体效应”，又称为“背栅效应”。
　　从对MOS管工作原理的分析中我们知道，随着VGS的上升，衬底内部的电子向衬底表面运动，并在衬底表面产生了耗尽层。当VGS上升到一定的电压——阈值电压时，栅极下的衬底表面发生反型，NMOS管在源漏之间开始导电。阈值电压的大小和耗尽层的电荷量有关，耗尽层的电荷量越多，NMOS管的开启就越困难，阈值电压就越高。当VBS》0时，栅极和衬底之间的电位差加大，耗尽层的厚度也变大，耗尽层内的电荷量增加，所以造成阈值电压变大。在考虑体效应后，阈值电压Vth为：

　　其中Vth0为VBS=0时的阈值电压，r是体效应系数，VSB是源衬电势差。
　　体效应通常是我们不希望有的。因为阈值电压的变化经常会使模拟电路的设计复杂化。
　　沟道长度调制效应
　　在对MOS管工作原理的分析中，我们知道，当栅和漏之间的电压差增大时，实际的反型沟道逐渐减小。也就是说在式中，L‘实际上是VDS的函数。这一效应称为“沟道长度调制”在饱和区，我们可以得到：

　　如图所示，这种现象使得ID/VDS特性曲线在饱和区出现非零斜率，因而使得源和漏之间的电流源非理想。

　　需要注意的是，只当器件工作在饱和区时，需要考虑沟道长度调制效应。在三极管区，不存在沟道长度调制效应。
　　亚阈值导电性
　　在分析MOSFET时，我们一直假设：当VGS下降到低于VTH时器件会突然关断。实际上，当VGS约等于VTH时，一个“弱”的反型层仍然存在。甚至当VGS《VTH时，ID也并非是无限小，而是与VGS呈现指数关系。这种效应称为“亚阈值导电”。当VDS大于100mV左右时，这一效应可以用公式表示为

　　式中，I0正比于W/L，VT=kT/q。我们称器件工作在弱反型区，当VGS》VTH时，器件工作在强反型区。亚阈值导电会导致大的功率损耗，造成不必要的功率消耗。
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