华侨大学微电子器件与电路实验实验报告实验8.docx

微电子器件与电路实验（集成）实验报告姓名学号实验时间2019.06.10实验操作实验报告教师签字实验名称实验八 集成MOSFET直流特性分析实验实验设备（1）计算机 （2）操作系统：Centos（3）软件平台：Cadence Virtuoso （4）工艺模型 TSMC RF0.18um实验目的1. 掌握阈值电压对MOSFET亚阈值电流特性曲线特点2. 掌握源漏电压对器件亚阈值电流的影响3. 掌握MOSFET跨导及源漏饱和电压和过驱动电压的关系4. 掌握MOSFET并联和串联时的IV特性实验要求1. 实验前按要求阅读器件说明文档，阅读实验操作文档，熟悉实验过程及操作步骤2. 实验过程中按实验报告要求操作、仿真、记录数据（波形）3. 实验结果经指导老师检查、验收，经允许后方可关机，离开实验室4. 实验后按要求处理数据和波形，回答问题实验报告打印后，于下次实验时间缴交实验内容：实验8.1阈值电压对亚微米器件亚阈值电流的影响使用不同工艺的MOS管，对栅电压进行直流分析，输出MOSFET的漏端（或源端）电流实验8.2源漏电压对亚微米器件阈值电流的影响对不同宽长比的MOSFET的漏端电压进行DC分析，输出MOSFET的漏端（或源端）电流。

实验8.3深亚微米MOSFET gm和过驱动电压的关系对MOSFET的过驱动电压进行DC分析，输出MOSFET的跨导，并和计算值对比实验8.4深亚微米MOSFET vdsat和过驱动电压的关系对MOSFET的过驱动电压进行DC分析，输出MOSFET的vdsat,并和计算值对比实验8.5集成MOSFET并联时IV特性总宽度保持一致，并联个数不一样，然后进行OP分析，输出MOSFET的漏端（或源端）电流实验8.6集成MOSFET串联时IV特性总长度保持一致，串联个数不一样，然后进行OP分析，输出MOSFET的漏端（或源端）电流华侨大学信息科学与工程学院电子工程系实验8.1阈值电压对深亚微米器件亚阈值电流的影响实验目的：① 熟悉相同制程不同工艺的深亚微米和亚微米器件工作在弱反型区的亚阈值电流特性② 深入了解标准工艺mosfet、medium mosfet、native mosfet三种不同阈值电压工艺的MOSFET电学 特性的差异实验器件：TSMC 0.18um工艺混合信号工艺，OS沟道长度L=0.18um，宽度W=1.8um的nmos2v和pmos2v 器件；nmosmvt2v 和 pmosmvt2v 器件；nmosnvt2v 和 pmosnvt2v 器件。

仿真分析:调用Cadence Virtuoso ADE使用Spectre软件对VG电压进行DC直流扫描，范围从0V~0.4V, 使MOSFET工作于弱反型区，并输出MOSFET漏端（或源端）电流波形数据记录：表8-1 NMOSFET弱反型区导电特性（电流单位uA,精确到O.OluA，电压单位为mV，精确到1 mV）VGS0V0.05V0.10V0.15V0.20V0.25V0.30V0.35V0.40Vnmos2v亚阈值摆幅s使器件截止时的Vovnmosmvt2v亚阈值摆幅s使器件截止时的Vovnmosnvt2v亚阈值摆幅s使器件截止时的VovPMOSFET弱反型区导电特性（电流单位uA，精确到0.01uA，电压单位为mV,精确到1 mV）VSG0V0.05V0.10V0.15V0.20V0.25V0.30V0.35V0.40Vpmos2v亚阈值摆幅s使器件截止时的Vovpmosmvt2v亚阈值摆幅s使器件截止时的Vovpmosnvt2v亚阈值摆幅s使器件截止时的Vov注：如果把漏电流小于10nA当做MOSFET截止的标志思考题：在某数字IC设计中，为了提高电路的工作速度，某工程师建议所有的nmos都使用nmosnvt2v,所有 pmos都使用pmosnvt2v来制造电路。

从功耗角度考虑,这种方案是否可行？为什么？如果按这个建议执行, 设计出的芯片最可能出现的缺点是什么？实验8.2源漏电压对深亚微米器件亚阈值电流的影响实验目的：① 熟悉深亚微米和亚微米器件工作在弱反型区时亚阈值电流和源漏电压的关系② 深入了解MOSFET亚阈值时的电学特性实验器件：TSMC0.18um 工艺混合信号工艺，MOS 沟道长度 L=0.18um，宽度 W=3.6um； L=0.54um，宽度 W=10.8um； L=1.0um，宽度 W=20.0um 的 nmos2v 和 pmos2v 器件仿真分析：调用Cadence Virtuoso ADE使用Spectre软件对VD电压进行DC直流扫描，范围从0.3V~1.5V,并输 出M0SFET漏端（或源端）电流波形数据记录：表8-2 MOSFET亚阈值电流和源漏电压关系（电流单位uA,精确到0.01uA,ro单位为kQ，精确lkQ）NMOSVDS0.30.50.70.91.11.31.5VD0.30.50.70.91.11.31.53.6/0.18ID△ IDrds10.8/0.54ID△ IDrds20/1.0ID△ IDrdsPMOSVSD0.30.50.70.91.11.31.5VD1.51.31.10.90.70.50.33.6/0.18ID△ IDrds10.8/0.54ID△ IDrds20/1.0ID△ IDrds思考题：①通过本次实验分析器件在弱反型区的ID-VDS特性，计算得到的rds，对比NMOS不同沟道长度计算 得到的rds,得出MOSFET输出阻抗和沟道长度的什么关系?②如果将过驱动电压改为0.1V，则器件进入中度反型区，过驱动电压改为0.2V，器件进入强反型区， 对比相同宽长比的器件在弱反型区，中反型区，和强反型区的输出阻抗，不同反型区的输出阻抗大小关系 如何？实验8.3深亚微米MOSFET gm和过驱动电压的关系实验目的：① 熟悉深亚微米和亚微米器件工作器件跨导和过驱动电压的关系。

② 深入了解MOSFET的电学特性实验器件：TSMC 0.18um 工艺混合信号工艺，MOS 沟道长度 L=0.18um，宽度 W=3.6um； L=0.54um，宽度 W=10.8um； L=1.0um，宽度 W=20.0um 的 nmos2v 器件仿真分析：调用Cadence Virtuoso ADE使用Spectre软件对过驱动电压进行DC直流扫描，范围从-0.3V~0.4V, 并输出MOSFET跨导gm波形数据记录表8-3 NMOSFET跨导特性（betaeff精度到1 uA/V2, ids精度到O.luA,跨导单位uS,精确到1 OuS）Vov-0.25-0.20-0.15-0.10-0.0500.05betaeffuA/V2)ids(uA)gm扫描(uS)gm计算(uS)3.6/0.18gm扫描/gm计算NMOSVov0.100.150.200.250.300.350.40betaeff(uA/V2)ids(uA)gm扫描(uS)gm计算(uS)gm扫描/gm计算Vov-0.25-0.20-0.15-0.10-0.0500.05betaeffuA/V2)ids(uA)gm扫描(uS)gm计算(uS)10.8/0.54gm扫描/gm计算NMOSVov0.100.150.200.250.300.350.40betaeff(uA/V2)ids(uA)gm扫描(uS)gm计算(uS)gm扫描/gm计算Vov-0.25-0.20-0.15-0.10-0.0500.05betaeff(uA/V2)ids(uA)gm扫描(uS)gm计算(uS)20/1gm扫描/gm计算NMOSVov0.100.150.200.250.300.350.40betaeffuA/V2)ids(uA)gm扫描(uS)gm计算(uS)gm扫描/gm计算实验& 4深亚微米MOSFET源漏饱和电压和过驱动电压的关系实验目的：① 熟悉深亚微米和亚微米器件工作器件源漏饱和电压和过驱动电压的关系。

② 深入了解MOSFET的电学特性实验器件：TSMC0.18um 工艺混合信号工艺，MOS 沟道长度 L=0.18um，宽度 W=3.6um； L=0.54um，宽度 W=10.8um；L=1.0um，宽度W=20.0um的nmos2v和pmos2v器件注意连接电路时，确保器件的源端和衬底端相连 仿真分析：调用Cadence Virtuoso AD。