= ＋ = = D drift diffusion diffusion L TH ∫Qinv…source inv （2…5） 其中 V …V …V GS TH S 2 nV Q =…2nC V e TH inv source ox TH （2…6） 16 …………………………………………………………Page 465…………………………………………………………… V …V …V G TH D 2 nV Q =…2nC V e TH inv…drain ox TH （2…7） 指数关系 平方率 LogId 强反型区 弱反型区 Vth Vgs I …V 图 2…3 亚阈值区的 d GS 曲线图 利用上面的式子我们可以得到： V …V GS TH nV I =I e TH D s （2…8） I D 的典型的值在 2nA到 200nA之间。公式（2…8）中，n》1， 是一个非理想因子， V = KT / q I T 。从公式（2…8）可以看到只有参数 S 和n跟工艺有关。传统上，这两个参数根 I 据Spice参数计算得出。但是用此方法计算出的 S 和n所得出的I D 与仿真结果却不一致， 为了更准确获得这些参数，变换式（2…8），两边取对数后求导得到： （ln I D ） 1 = V nV GS TH （2…9） ln（I ） …V 即从 D GS 曲线的斜率就可以得到n，因此运用单NMOS管放大电路，使用仿真工 ln（I ） …V 具Spice画出NMOS管的 D GS 曲线。如图 2…4 所示 17 …………………………………………………………Page 466…………………………………………………………… 从图2…4中可以求出n约为1。36， I S 约为 274f A 。这样，就得出我们手 工计算时使用的公式 V W GS （1。36）V I D =（274 fA） e TH L （2…10） 同理，PMOS有： ln（I ） …V 图 2…4 D GS 曲线 V W GS （1。79）V ID =（26。56 fA） e TH L （2…11） V 从图 2…3 中可以看到，当 V 下降到低于 TH 时，漏电流以有限的速度下降。对于n的 GS I V 典型值，在室温时，要使 D 下降一个数量级， GS 必须下降约 80mV，这样会导致较大的功 I V V 率。从（2…1）式来看，如果保持 D 不变时增大W，则 GS 趋近于 TH ，器件进入亚阈值区， 因此由式（2…8）计算出的跨导是： I D gm = nkT / q （2…12） 与双极型晶体管的跨导： qIC IC gm = = kT V T （2…13） 相比较，跨导特性比双极型晶体管差。 因此，工作在亚阈值区的器件可以获得较大的增益，但是由于只有当器件宽度W大或漏 电流小才能满足这一条件，如果器件的漏极电流太大，管子就会进入到强反型区。尽管可 以通过增大器件的宽长比来使得器件工作在弱反型区，但增大宽长比也是有限度的，因为 增加器件尺寸的同时也会增加它的寄生电容。因而亚阈值电路的速度是非常有限的。 （3）CMOS 管的中反型区 以上的讨论假设强反型到弱反型的转变是突变的。事实上，有个平滑的过渡区存在，称 之为中反型区。近似而言，中反型的电流范围。 如下式： 18 …………………………………………………………Page 467…………………………………………………………… 1 I