MOS管SPICE模型与等效电路解析

"该资源是东南大学射频与光电集成电路研究所陈志恒教授关于‘有源器件和模拟电路基础 II’的课程资料，主要涵盖有源器件如MOS管和双极型晶体管的SPICE模型、等效电路、低频放大器设计与分析、CMOS与Bipolar的比较等内容，并提供了相关的SPICE参数和公式小结。" 在有源器件和模拟电路基础 II 的学习中，MOS管的SPICE模型和等效电路是关键部分。阈值电压（Vth）是MOS管特性的重要参数，它由平带电压（VFB）和体效应决定。平带电压涉及克服材料间的接触电位差及栅氧层内寄生电荷。VFB等于衬底材料与栅极材料的接触电位差φMS加上克服栅氧层内Q0所需的栅极电压。对于n+和p+掺杂的多晶硅栅，φMS有不同的计算方式。 表面反型电位（φF）是出现反型层时衬底表面的电位，对应于衬底的费米电压值。φF的值对于n+和p+掺杂的多晶栅有不同的常数值。体效应涉及到维持耗尽层电荷所需的栅氧层压降，当不存在源极和漏极且衬底接地时，MOS结构类似于PN结。通过计算，可以确定表面电位为特定值时的衬底耗尽层深度和电荷面密度。 加入源极和漏极的偏压会影响MOS管的阈值电压。例如，源极加上偏压VS（或源极与衬底之间的偏压VSB）会增加PN结的反偏电压，从而改变阈值电压。综合考虑这些因素，阈值电压可以表示为QBCox除以2φf的平方，其中QB是衬底耗尽层中的电荷，NAX是衬底的载流子浓度，ε是介电常数，2φf是表面势垒高度。 此外，课程还涵盖了双极型晶体管（三极管）的讨论，以及低频放大器的设计和分析，这在模拟电路设计中是非常基础且重要的内容。同时，对比CMOS与Bipolar两种技术的特点，可以帮助理解不同应用场景的选择。附录中包含了MOSFET SPICE参数、长沟道MOS管公式小结和PN结正偏等相关信息，为深入学习提供了参考资料。这些知识是射频集成电路设计的基础，对于理解和设计高性能的模拟电路至关重要。