cmos器件作业及思考题.docx

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cmos器件作业及思考题

NMOS英文全称为:

N-Mental-Oxide-Semiconductor。

意思为金属-氧化物-半导体，而拥有这种结构的晶体管我们称之为MOS晶体管。

有P型MOS管和N型MOS管之分。

由MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，由NMOS组成的电路就是NMOS集成电路，由PMOS管组成的电路就是PMOS集成电路，由NMOS和PMOS两种管子组成的互补MOS电路，即CMOS电路。

PMOS是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管

全称:

positivechannelMetalOxideSemiconductor

别名：

positiveMOS

金属氧化物半导体场效应（MOS）晶体管可分为N沟道与P沟道两大类，P沟道硅MOS场效应晶体管在N型硅衬底上有两个P+区，分别叫做源极和漏极，两极之间不通导，源极上加有足够的正电压（栅

极接地）时，栅极下的N型硅表面呈现P型反型层，成为连接源极和漏极的沟道。

改变栅压可以改变沟道中的电子密度，从而改变沟道的电阻。

这种MOS场效应晶体管称为P沟道增强型场效应晶体管。

如果N型硅衬底表面不加栅压就已存在P型反型层沟道，加上适当的偏压，可使沟道的电阻增大或减小。

这样的MOS场效应晶体管称为P沟道耗尽型场效应晶体管。

统称为PMOS晶体管。

P沟道MOS晶体管的空穴迁移率低，因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，PMOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。

此外，P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。

它的供电电源的电压大小和极性，与双

极型晶体管一一晶体管逻辑电路不兼容。

PMOS因逻辑摆幅大，充

电放电过程长，加之器件跨导小，所以工作速度更低，在NMOS电

路（见N沟道金属一氧化物一半导体集成电路）出现之后，多数已为NMOS电路所取代。

只是，因PMOS电路工艺简单，价格便宜，有些中规模和小规模数字控制电路仍采用PMOS电路技术。

MOSFET共有三个脚，一般为G、D、S，通过G、S间加控制信号时可以改变D、S间的导通和截止。

PMOS和NMOS在结构上完全相像，所不同的是衬底和源漏的掺杂类型。

简单地说，NMOS是在P型硅的衬底上，通过选择掺杂形成N型的掺杂区，作为NMOS的源漏区；PMOS是在N型硅的衬底上，通过选择掺杂形成P型的掺杂区，作为PMOS的源漏区。

两块源漏掺杂区之间的距离称为沟道长度L，而垂直于沟道长度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。

对于这种简单的结构，器件源漏是完全对称的，只有在应用中根据源漏电流的流向才能最后确认具体的源和漏。

PMOS的工作原理与NMOS相类似。

因为PMOS是N型硅衬底，其中的多数载流子是电子，少数载流子是空穴，源漏区的掺杂类型是P型，所以，PMOS的工作条件是在栅上相对于源极施加负电压，亦

即在PMOS的栅上施加的是负电荷电子，而在衬底感应的是可运动的正电荷空穴和带固定正电荷的耗尽层，不考虑二氧化硅中存在的电荷的影响，衬底中感应的正电荷数量就等于PMOS栅上的负电荷的数量。

当达到强反型时，在相对于源端为负的漏源电压的作用下，源端的正电荷空穴经过导通的P型沟道到达漏端，形成从源到漏的源漏电流。

同样地，VGS越负（绝对值越大），沟道的导通电阻越小，电流的数值越大。

与NMOS—样，导通的PMOS的工作区域也分为非饱和区，临界饱和点和饱和区。

当然，不论NMOS还是PMOS，当未形成反型沟道时，都处于截止区，其电压条件是

VGSWTN（NMOS），

VGS>VTP（PMOS），

值得注意的是，PMOS的VGS和VTP都是负值。

PMOS集成电路是一种适合在低速、低频领域内应用的器件。

PMOS集成电路采用-24V电压供电。

如图5所示的CMOS-PMOS接口电路米用两种电源供电。

米用直接接口方式，一般CMOS的电源电压选择在10〜12V就能满足PMOS对输入电平的要求。

MOS场效应晶体管具有很高的输入阻抗，在电路中便于直接耦合，

容易制成规模大的集成电路。

各种场效应管特性比较

在2004年12月的国际电子器件会议（IEDM）上表示：

双应力衬垫（DSL）方法导致NMOS和PMOS中的有效驱动电流分别增加15%和32%，饱和驱动电流分别增加11%和20%。

PMOS的空穴迁移率在不使用SiGe的情况下可以提高60%，这已经成为其他应变硅研究的焦点。

CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）指互补金属氧化物（PMOS管和NMOS管）共同构成的互补型MOS集成电路制造工艺，它的特点是低功耗。

由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间看，要么PMOS导通，要么NMOS导通，要么都截至，比线性的三极管（BJT）效率要高得多，因此功耗很低。

BiMOS浏览2297次

双极金属氧化物半导体

bipolarmetal-oxidesemiconductor

双极工艺和半导体工艺在单一器件上的结合。

参见BiCMOS。

BiCMOS是继CMOS后的新一代高性能VLSI工艺。

CMOS以低功耗、高密度成为80年VLSI的主流工艺。

随着尺寸的逐步缩小，电路性能不断得到提高，但是当尺寸降到1um以下时，由于载流子速

度饱和等原因，它的潜力受到很大的限制。

把CMOS和Bipolar集成在同一芯片上，发挥各自的优势，克服缺点，可以使电路达到高速度、低功耗。

BiCMOS工艺一般以CMOS工艺为基础，增加少量的工艺步骤而成。

BiCMOS（BipolarCMOS）是CMOS和双极器件同时集成在同一块芯片上的技术，其基本思想是以CMOS器件为主要单元电路，而在要求驱动大电容负载之处加入双极器件或电路。

因此BiCMOS电路

既具有CMOS电路高集成度、低功耗的优点，又获得了双极电路高速、强电流驱动能力的优势。

电子管，是一种最早期的电信号放大器件。

被封闭在玻璃容器（一般为玻璃管）中的阴极电子发射部分、控制栅极、加速栅极、阳极（屏极）引线被焊在管基上。

利用电场对真空中的控制栅极注入电子调制信号，并在阳极获得对信号放大或反馈振荡后的不同参数信号数据。

早期应用于电视机、收音机扩音机等电子产品中，近年来逐渐被半导体材料制作的放大器和集成电路取代，但目前在一些高保真的音响器材中，仍然使用低噪声、稳定系数高的电子管作为音频功率放大器件

（香港人称使用电子管功率放大器为“胆机”）。

电子管功放（胆机）的音质明显优于晶体管功放。

晶体管功放（石机）听起来咼频、中咼频有偏多感觉，低频感觉偏少，晶体管功放听起来声音较硬，特别是低频声不够柔和，而高频声又显得尖刺、发燥，听起来有时感到高频段存在着交越畸变。

当频率增咼而音量又很大时，这些现象就更加明显。

I但晶体管功放的动态大、速度快，特别适宜于表现动态大一些的音乐。

至于表现枪炮和雷电声当然更优于电子管功放了。

电子管优缺点、结构和工作原理

电子管是电子仪器仪表的重要器件之一，与晶体管、集成电路相比，虽然体积较大，工作时要首先加热灯丝，但它仍具有不可忽视的特点：

同一型导电子管参数的一致性要优于晶体管，因此更换电子管时，不

用重调参数、即可正常工作；电子管参数特性随环境温度变化也较小，因而工作稳定；电子管不太娇气，能承受较大的功轧过载能力强.因此,电了管在某些领域仍然发挥着重要的作用.

电子管是基于热电子发射形成电流而工作的.如果将金属体加热至

一定温跃部分电子就从金属体内发射出来.电子管的阴极就是用来发

射热电子的•电子管工作时，热电子由阴极射向阳抵这是在灯丝加热和阴极阳极之问存在电压的条件下实现的.

图9-1为二极和三极电子管的结构示意图及符号.电子管阴极按加热方式分为直热式和旁热式两种，直热式的灯丝就是阴极，旁热式

的阴极是由另外的灯丝加热的，如图9-2和9-3所示.电子管阳极加

有正电压，其作用主要是吸收电子•为了易于发射电子，阴极表面徐有一层易发射电子的物质.为了防止极板的氧化和正离子对阳极的轰击作用（因正离于质量大），电子管是抽成真空的•电子管根倾电极的数目•分为二极管、三极管，柬射四极管和五极管等.

/////////////////////电子管一般是玻璃管封装，耗电量大，阳极电压高，灵活应用性高，体积大。

现已被淘汰，但电子爱好者仍有应用。

晶体管有塑料封装和金属封装，耗电量小，电压可高可低，灵活应用性高，体积小。

现仍在应用。

集成电路一般是塑料封装，耗电量更小，电压低，灵活应用性低，体积小。

配合晶体管和其他电子元件被大量应用。

晶体管是集成电路的基本单元，比如pmos，nmos等，单个晶体管也可以称作集成电路，比如现在系统使用的开关管，比晶体管在高一级的门级电路比如与门，或门，反相器，多路选择器等都是由晶体管实现的。

现在说集成电路一般指很大规模的，比如你使用的公交卡内的芯片，手机的sim卡，cpu，dsp管芯等等，但再大规模的集成电路都可以分解为一个一个的晶体管。

（1）集成应用电路的特点

1大部分应用电路不画出内电路方框图，这对识图不利，尤其对

初学者进行电路工作分析时更为不利。

2对初学者而言，分析集成电路的应用电路比分析分立元器件的电路更为困难，这是对集成电路内部电路不了解的缘故。

实际上识图也好、修理也好，集成电路比分立元器件电路更为方便。

3对集成电路应用电路而言，大致了解集成电路内部电路和详细了解各引脚作用的情况下，识图是比较方便的。

这是因为同类型集成电路具有规律性，在掌握了它们的共性后，可以方便地分析许多同功能木同型号的集成电路应用电路。

（2）集成电路的主要优点

集成电路有其独特的优点，归纳起来有以下几点。

1电路简单。

由于采用了集成电路，简化了整机电路的设计、调试和安装，特别是采用一些专用集成电路后，整机电路显得更为简单。

2性价比高。

相对于分立元器件电路而言，采用集成电路构成的整机电路性能指标更高，与分立电子元器件电路相比，集成电路的成本、价格更低。

例如，集成运放电路的增益之高、零点漂移之小是分立电子元器件电路无法比拟的。

3可靠性强。

集成电路具有可靠性高的优点，从而提高了整机电路工作的可靠性，提高了电路的工作性能和一致性。

另外，采用集成电路后，电路中的焊点大幅度减少，出现虚焊的可能性下降，使整机电路工作更为可靠。

4能耗较小。

集成电路还具有耗电小、体积小、经济等优点。

同一功能的电路，采用集成电路要比采用分立电子元器件的电路功耗小许多。

5故障率低。

由于集成电路的故障发生率相对分立元器件电路而言比较低，所以降低了整机电路的故障发生率。

（3）集成电路的主要缺点

集成电路的主要缺点有下列几个方面。

1电路拆卸困难。

集成电路的引脚很多，给修理、拆卸集成电路带来了很大的困难，特别是引脚很多的四列集成电路，拆卸比辕困难。

2修理成本增加。

当集成电路内电路中的部分电路出现故障时，通常必须整块更换，增加了修理成本。

3故障判断不便。

相对分立电子元器件电路而言，在检修某些特殊故障时，准确地判断集成电路故障不太方便。

一、概述集成电路（integratedcircuit）是一种微型电子器

件或部件。

采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，这样，整个电路的体积大大缩小，且引出线和焊接点的数目也大为减少，从而使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。

集成电路具有体积