MOSFET 的衬偏效应（解说） —— Xie M. X. (UESTC，成都市) —— （一）什么是衬偏效应？ MOSFET 的工作是通过在半导体表面产生导电沟道——表面反型层来进行的，因此器件 中存在一个由栅极电压所诱生出来的 p-n 结——场感应结。对于 MOS-IC 而言，在电路工作 时，其中各个 MOSFET 的衬底电位是时刻变化着的，如果对器件衬底的电位不加以控制的 话，那么就有可能会出现场感应结以及源-衬底结正偏的现象；一旦发生这种现象时，器件 和电路即告失效。所以，对于 IC 中的 MOSFET，需要在衬底与源区之间加上一个适当高的 反向电压——衬偏电压，以保证器件始终能够正常工作。简言...

　　MOSFET 的衬偏效应（解说） Xie M. X. (UESTC，成都市) （一）什么是衬偏效应？ MOSFET 的工作是通过在半导体表面产生导电沟道表面反型层来进行的，因此器件 中存在一个由栅极电压所诱生出来的 p-n 结场感应结。对于 MOS-IC 而言，在电路工作 时，其中各个 MOSFET 的衬底电位是时刻变化着的，如果对器件衬底的电位不加以控制的 话，那么就有可能会出现场感应结以及源-衬底结正偏的现象；一旦发生这种现象时，器件 和电路即告失效。所以，对于 IC 中的 MOSFET，需要在衬底与源区之间加上一个适当高的 反向电压衬偏电压，以保证器件始终能够正常工作。简言之，衬偏电压就是为了防止 MOSFET 的场感应结以及源结和漏结发生正偏、而加在源-衬底之间的反向电压。 由于加上了衬偏电压的缘故，将要引起若干影响器件性能的现象和问题，这就是衬偏效 应（衬偏调制效应），又称为 MOSFET 的体效应。 这种衬偏电压的作用，实际上就相当于是一个 JFET 的功能沟道-衬底的场感应 p-n 结作为栅极控制着输出电流 IDS的大小。所以，对于加有衬偏电压的 MOSFET，从工作本质 上来说，可看成是由一个 MOSFET 和一个 JFET 并联而成的器件，只不过其中 JFET 的作用 在此特别称为 MOSFET 的体效应而已。这就是说，加上衬偏电压也就相当于引入了一个额 外的 JFET。 （二）衬偏效应对器件性能的影响： ①MOSFET 在出现沟道（反型层）以后，沟道下面的耗尽层厚度即达到最大（这时，栅 极电压即使再增大，耗尽层厚度也不会再增大）；但是，衬偏电压是直接加在源-衬底之间的 反向电压，它可以使场感应结的耗尽层厚度进一步展宽，并引起其中的空间电荷面密度增加， 从而导致器件的阈值电压 VT升高。而阈值电压的升高又将进一步影响到器件的 IDS及其整 个的性能，例如栅极跨导降低等。 衬底掺杂浓度越高，衬偏电压所引起的空间电荷面密度的增加就越多，则衬偏效应越显 著。例如，p 阱-CMOS 中的 n-MOSFET，它的衬偏效应就要比 p-MOSFET 的严重得多。 ②由于衬偏电压将使场感应结的耗尽层厚度展宽、空间电荷面密度增加，所以，当栅极 电压不变时，衬偏电压就会使沟道中的载流子面电荷密度减小，从而就使得沟道电阻增大， 并导致电流减小、跨导降低。 ③当 MOSFET 在动态工作时，源极电位是不断在变化着的，则加在源-衬底之间的衬偏 电压也将相应地随着而不断变化；这就产生所谓背栅调制作用，即呈现出一定 JFET 的功能。 ④由于衬偏电压会引起背栅调制作用，使得沟道中的面电荷密度随着源极电位而发生变 化，即产生了一种电容效应，这个电容就称为衬偏电容。衬偏电容的出现即将明显地影响到 器件的开关速度。 ⑤由于 MOSFET 在加有衬偏电压时，即将增加一种背栅调制作用，从而就额外产生出 一个与此背栅调制所对应的交流电阻；于是，这就将使得器件的总输出电阻降低，并导致电 压增益下降。所以，减小衬偏效应将有利于提高电压增益。 （三）减弱或消除衬偏效应的措施： ①把源极和衬底短接起来，当然可以消除衬偏效应的影响，但是这需要电路和器件结构 以及制造工艺的支持，并不是在任何情况下都能够做得到的。例如，对于 p 阱 CMOS 器件， 其中的 n-MOSFET 可以进行源-衬底短接，而其中的 p-MOSFET 则否；对于 n 阱 CMOS 器 件，其中的 p-MOSFET 可以进行源-衬底短接，而其中的 n-MOSFET 则否。 ②改进电路结构来减弱衬偏效应。例如，对于 CMOS 中的负载管，若采用有源负载来代 替之，即可降低衬偏调制效应的影响（因为当衬偏效应使负载管的沟道电阻增大时，有源负