關于對MOS管速度飽和的理解分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-01-20
MOS管速度飽和:一般而言，載流子速度正比于電場，斜率是載流子的遷移率；可當延溝道電場達到臨界值（某個根據散射效應計算的值）時，載流子的速度將會趨于飽和，稱為速度飽和效應。此時的載流子速度不會隨著電場增大而增大。
需要說明：
1.一般這種現象發生在短溝器件中。
2.如果不考慮速度飽和的情況，管子在Vgs-Vth<Vds的時候是會出現電阻工作區和飽和區兩種的，I隨V的變化分別呈現線性和二次模型。這兩個區域的名稱在模擬集成電路中有略微不同，叫做深三極管區和飽和區。
3.載流子的速度趨于飽和的主要原因是因為散射效應，也即是載流子間的碰撞導致的。
4.課本上將這個臨界值設置為ξc，并用下面這幅圖形象的描述了這個概念。
5.電子和空穴的飽和速度大致相同，是10^5m/s。
6.速度飽和發生的臨界電場強度取決于摻雜濃度和外加的垂直電場強度。
MOS管速度飽和：電子和空穴的飽和速度大致相同，即105m/s。速度飽和發生時的臨界電場強度取決于摻雜濃度和外加的垂直電場強度。對于電子,臨界電場在1~5 V/μm之間。
這意味著在溝道長度為0.25μm的NMOS器件中大約只需要2V左右的漏源電壓就可以達到飽和點，這一條件在當前的短溝器件中很容易滿足。在n型硅中需要稍高一些的電場才能達到飽和，因此在PMOS晶體管中速度飽和效應不太顯著。
速度飽和效應發生在這樣一個場景下：首先MOS管工作在飽和saturation區(vds>vgs-vth)，可是此時的Vgs-Vth太大了。
說明：將二極管接法的管子掃描Vgs，管子依次經歷，截止區，弱反型區，強反型區和速度飽和區。
對于工作在飽和區的管子其溝道電場強度為（Vgs-Vth）/Leff，該電場太大，則溝道載流子速度飽和了。 大Vds將把溝道截止點推向源區，使得Leff變小，但真正決定因素還是Vgs-Vth。
Vgs-Vth小于80mv時，飽和時管子工作在弱反型，100mv-400mv左右工作在強反型，400mv+則速度飽和了（前提：管子工作在飽和區Vds>Vgs-Vth）。
下圖用于解釋速度飽和效應，截止點的電勢為Vgs-Vth。
推導電流公式時，用的是單位長度平均載流子濃度乘以速度的方式，省去了繁瑣的積分方法，當電場強度（Vgs-Vth）/Leff超過臨界值時，溝道電子速度是u*（Vgs-Vth）/Leff變為恒定值Vsat。
平方率退化為一次方率，這就是告訴大家，為什么你用平方律手算的W，L這么不準的原因了。
關鍵是要理解，飽和區管子的電場強度是（Vgs-Vth）/Leff，溝道電子速度是u*（Vgs-Vth）/Leff，當（Vgs-Vth）/Leff太大時，速度飽和了（半導體的性質）。
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