如何直观地分析器件 沟调效应相关问题学习心得

各位大侠好 本人CMOS模拟电路初学者  最近看到拉扎维书上的沟调效应分析  有一些心得和疑问  写下来 有用的请大家参考  说的不好的 请高手指正
先说说我个人的理解   先假设一个NMOS管处于饱和状态  沟道已夹断
按照拉扎维书上第二章的说法 Id的计算其实是对有效沟道长度的积分 需要2个要素 一是S端沟道厚度 二是有效沟道长度 所以可以把夹断的沟道看成一个直角三角形（非饱和状态其实就是梯形）  如果将NMOS管竖直的话  s端沟道厚度（Vg-Vs-Vth）就是三角形的底边  有效沟道长度就是其高  这样看的话就把复杂的载流子堆积分析变成了很直观的几何图形 个人感觉很是方便也易于理解  
这样来看的话  公式Ido=1/2*K*W/L*(Vgs-Vth)平方 其实描述的就是临界饱和状态时的电流
那么沟调效应是怎么产生的呢   如果只变化D端电位  其实就是D端电位增大 将三角形的高缩短了 但底边长不变  所以对于上面的公式而言就应该将L替换为已经变小了的有效沟道长度Leff  但在书上没有这样处理 继续延用了器件本身的宽长比 只是在公式后面乘了（1+λVds）以作修正

所以对于沟调效应来说应该有个对比的样本  我认为临界饱和状态时的NMOS就是样本 如果再加大Vd就使管子进入沟道夹断状态  如果是静态的话我觉得可以把它称为静沟调效应  此时应该将公式Id=1/2*K*W/L*(Vgs-Vth)平方*（1+λVds）分解开  就变成Ido+Ido*λVds   再用Vds去除以Ido*λVds  沟调效应就被剥离出来成了一个电阻1/λVds  所以 只要Ido一确定  该等效电阻就确定了
那么在动态情况下呢  则将公式Id=1/2*K*W/L*(Vgs-Vth)平方*（1+λVds）对Vds微分  也可以得出λVds  再一求倒数 可得到动态时的等效电阻也为1/λVds      （巧合?注定?。） 所以这个等效电阻无论是在动态还是静态时都是可用的

如果我上面的理解没错的话  下面说说我的疑问  
1.能否在器件的DS之间并联其他电阻以改变器件的沟调效应等效电阻  这样做有意义么
2.假设NMOS饱和状态 沟道夹断  如果固定住D和S端电位  只改变G端电位 这样不是在Vgs固定的情况下仍然出现了沟道长度变化么  这该怎么看 怎么理解?  
3.再假设一种情况  还是NMOS饱和 沟道夹断 有效沟道长度刚好为L/2 即夹断处在中间 如果把G端电位固定 我等量反向变化D和S端电位  此时可以保持有效沟道长度不变  这样就出现了Vds增大或减小了 但沟调效应却没有出现 那前面的那个修正公式是否还有效呢

自己顶一个  大侠们帮我看看问题啊

good！

你这个问题问的很有意义，不过你怎么才能在电路上实现你的说法呢?拉扎维讲的都是实际电路上遇到的问题，你能在电路中固定两端电压么?或者是你能实际测量出来Leff?
如果你能做到那你就成和拉扎维一样的世界宗师了，我相信你，努力吧！

有意思。

首先谢谢您的回帖与鼓励  我还以为大家都觉得这个问题很弱智懒得解释呢
我是这样想的  前面我提出的那两个假设  只是纯粹为了分析器件的沟调效应而作的理想实验  只是从器件的角度来看的  估计需要等待器件建模方面的高手来讲解  
我也想过能否实现的问题  第一种假设  假如把NMOS的D端直接接一个电压VDD  S端直接接地  这样不就可以固定住了么  但如果要求在系统中怎么实现我还要想想
第二种假设的实现我已经想到了  D端接一个模拟系统  S端加信号  应该是可以实现  而且还可以通过重新定义夹断点的位置  来调整D端和S端得电压变化比例  即不一定要变化量绝对值相等  都可以实现假设

再挖一下这个帖子吧  请谁能来讲讲啊  这个问题把我给纠结的。跪谢啦

顶一下！有不同与书上想法是很好的，值得学习！

HI, wlw85102
你的想法很有意思，Ido+Ido*lamda*Vds。虽然ro的推导就是这样，但是从另一个角度看还是有不一样的感觉。
我来尝试回答你的问题吧
1.可以加，实际上这样做就是改变了MOS管的输出电阻。我局限的眼界里没有看到有意义的地方。
2. 如果D和S电位固定，只改变Vgs，相当于改变了电离层的厚度，等效电荷总量改变，就是你所说的三角形的底边。电离层厚度减小，使斜边抬升，于是看上去沟道有效长度减小了
3. 如果你G端固定，反相改变D和S，是可能出现有效沟道长度不变，即电流总体不变。这可以从Ids~Vds曲线上看出，相对于不同Vgs值的Ids~Vds曲线，如果划一条Ids=constant的水平线，我猜想这条线就是这种情况下的结果。
Alvays

Alvays  你好  首先非常感谢你的回帖 此贴沉了很久 谢谢你的关注
你的回复我有点小疑问 望能继续讨论
2.你说 “电离层厚度减小，使斜边抬升，于是看上去沟道有效长度减小了” 应该是电离层厚度减小 斜边下降吧  而且变换后的三角形应该和变化前为相似三角形  
3.你说 “是可能出现有效沟道长度不变，即电流总体不变” 有效沟道长度是不变 但三角形的底边发生了变化啊  电流怎么会保持恒定呢  
其实我最大的疑问是 书上 “在公式后面乘了（1+λVds）以作修正” 的方法的适用范围  我提出两种假设的目的就是想说明  VDS的变化和有效沟道长度是可以没有直接关系的  
再次给些你的回帖与解答 祝一切顺利！

HI, wlw85102
忘记原来怎么想的了。在我的理解中，增加VGS，会导致反型层增厚，从而增加导电电荷浓度，从而增加电流。
饱和时增加VDS，会增大夹断区电场强度，从而增大电荷运动速度，uE，从而增加电流。
ALVAYS

13# alvays
你好 ALVAYS  你的理解非常准确 你说的是物理本质 而我的用三角形法来使之更形象些  现在我思考的问题是
饱和状态下的NMOS管  
情况1：若将信号vds完全从D端输入  即S端交流接地  此时D端信号会使有效沟道长度变化      
情况2：我如果在D和S分别加2个反向变换的信号vds的一半  对于管子而言  所加到它身上的信号总量vds仍然和情况1一致  但器件内部的载流子形状却不一样  那么拉扎维提出的公式和模型是否同样也适用呢

不错，很有潜力学习啊，很聪明。

15# luochunhua
哈哈 谢谢鼓励  俺胡思乱想的  有啥见解不妨提出来讨论讨论

    所谓的静沟，为什么不用vds/Id啊 ?

好厉害啊。不过如果研究BSIM3模型会不会好一点

路过……

    你好 谢谢关注我的帖子  我觉得按照书上的讨论来建模来理解就好 引入新的模型可能又需要新的计算和思路  考虑得又是另外一回事啦

不错的想法
改天再仔细研究一下

    问题1，可以做，但好像意义不是很大
问题2，vgs已经不固定了
3.没明白

我有幸听BSIM model创立者之一讲过这个问题,当时他对这个问题的解释就是:
沟道夹断本身就是一种近似和假设,在此基础上得到的电流模型可以使用即可,无需纠结此处的物理意义.

线性区还有沟道效应呢 这是个连续的物理过程

不懂设计，从工艺角度说说我的看法
1.能否在器件的DS之间并联其他电阻以改变器件的沟调效应等效电阻  这样做有意义么
没有意义，工艺上不可能做到，异想天开了
2.假设NMOS饱和状态 沟道夹断  如果固定住D和S端电位  只改变G端电位 这样不是在Vgs固定的情况下仍然出现了沟道长度变化么  这该怎么看 怎么理解?  
?  只改变G端，Vgs固定，  矛盾
3.再假设一种情况  还是NMOS饱和 沟道夹断 有效沟道长度刚好为L/2 即夹断处在中间 如果把G端电位固定 我等量反向变化D和S端电位  此时可以保持有效沟道长度不变  这样就出现了Vds增大或减小了 但沟调效应却没有出现 那前面的那个修正公式是否还有效呢
改变D,S电压  已经改变VT了
综上，小编不懂device，应该好好学习一下MOS器件。

部分模拟初学者，最喜欢就是像小编这样想当然了，其实稍微研究一下一阶模型的建立方法，就知道lambda是怎么来的。用得着这样去“凑”一个所谓的结果，美其名曰“直观”。 如果直观不是建立在，严谨理论推导后的升华，这种所谓直观，只会误人子弟，害人害己。

后面两个没理解，对于第一个，假设没有沟道调制效应，在管子的D和S间并联一个电阻，推导出的公式和有沟道调制效应形式一样。

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