关于CMOS截止频率的公式和概念

Posted 2022-02-07 硬件老钢丝

文章摘抄自：什么是MOSFET的截止频率

MOSFET的截止频率FT

定义：在MOS源极和漏极接交流地时，器件的小信号电流增益降至1的频率称为：“transit frequency”(FT)

一、长沟器件的FT计算

MOS的小信号模型如下

其中截止频率的定义是指没有放大能力的时刻，即增益为1的时候表示没有放大能力。

二、MOSFET截止频率FT有哪些因素？

以上公式是在长沟器件level1模型下推导的，可以分析一下影响
1)增大过驱电压(Vgs-VT)可以增大FT
2)减小沟道长度L会增大FT
3)增大偏置电流可以增大FT(FT正比于直流偏置电流的平方根）
4)FT基本不受S端和D端结电容Cgd的影响。
5)FT随过驱动(Vgs-VT)而增加，但随着垂直电场增加，迁移率变化变缓，FT逐渐饱和，下面是某NMOS器件的FT，其中W / L = 5μm/ 40 nm VDS = 0.8 V：

三、为什么提高MOSFET的频率与提高增益之间存在着矛盾？

可见本征增益与过驱电压的成反比，而前述截止频率与过驱动电压成正比，可见两种存在矛盾，但两者相乘就是增益带宽积，只与沟道长度成反比，虽然这是长沟Level1模型的推导结论，也可看出缩小MOSFET的特征尺寸的好处：