2.1 歷史簡述 金氧半導體 (CMOS) 電晶體的操作，被當成是一種理想的開關。

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2 2.1 歷史簡述 金氧半導體 (CMOS) 電晶體的操作，被當成是一種理想的開關。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.1　歷史簡述 金氧半導體 (CMOS) 電晶體的操作，被當成是一種理想的開關。 當符號只用來顯示開關的邏輯，以建立其功能時， 使用圖2.1(a) 的符號。如果基體 ( 基底或井區 (well)) 的電路連線必須顯示時， 用圖2.1(b) 的符號。圖2.1(c) 的符號，會在其他文獻中遇到。

3 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 金氧半導體電晶體，是一種多數載子 (majority-carrier) 的元件，電流受施加於閘極上的電壓所控制，而在源極與汲極之間的通道流動。在nMOS電晶體中，主要載子為電子，在pMOS電晶體中，主要載子為電洞。 圖2.2所示為一簡單的金氧半導體結構，結構的頂部為良導體，稱為閘極。 中間層為一非常薄的二氧化矽絕緣層，稱之為閘氧化層 (gate oxide)，底層為有摻雜的矽基體。

4 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

5 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 在圖2.2(a) 中，負電壓施於閘極，所以會有負電荷聚集在閘極上，而會移動的正電荷電洞，則被吸引至閘極下方的區域，此稱之為累積模式 (accu-mulation mode)。圖2.2(b) 中，低正電壓施於閘極，使正電荷出現在閘極，這時基體的電洞，就會自閘極正下方的區域驅離，而在閘極下方形成空乏區 (depletion region)。在圖2.2(c) 中，當施加較高的正電位，而超過臨界電壓 Vt 時，就會吸收更多的正電荷至閘極。而電洞會更加被驅離開原位置，並且基體中小量的自由電子，會被吸引至閘極下方的區域。此p型基體的電子傳導層，稱為反轉層 (inverson layer)。

6 圖2.3所示為nMOS電晶體，其中源極與p型基體接地。 圖2.3(a) 中，閘極對源極電壓值 Vgs 低於臨界電壓值。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.3所示為nMOS電晶體，其中源極與p型基體接地。 圖2.3(a) 中，閘極對源極電壓值 Vgs 低於臨界電壓值。 基體和源極，或基體和汲極之間的接面呈反向偏壓， 沒有電流的流動。這種操作型態稱為截止 (cutoff)。

7 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.3(b) 中，閘電壓高於臨界電壓值。 如果Vds=0( 也就是Vgs=Vgd)，就不會有推動電流由汲極向源極流動的電場。當施加小正電位差Vds至汲極時 ( 圖2.3(c))，電流Ids就會由汲極經通道向源極流動 。這種操作模式就稱為線性 (linear)、 電流大小會隨汲極電壓和閘極電壓而增加。如果Vds值夠大，以至於Vgs<Vt，則靠近汲極的通道就不再反轉，而變成夾止狀態 (pinched off) ( 圖2.3(d))。

8 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

9 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 綜合來說，nMOS電晶體有三種操作模式。如果Vgs<Vt，電晶體就會截止，而沒有電流。如果Vgs>Vt，而且Vds值不大的話，電晶體的作用就像線性電阻，電流會正比於Vds值。如果Vgs>Vt，而且Vds值夠大，電晶體的作用就像是電流源，電流大小和Vds值無關。

10 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.4中， n形基體與高電位連結，當閘極為高電位時，汲極與源極間沒有電流。當閘極電壓下降直到臨界值Vt時，就會吸引電洞而立即在閘極下方形成p型通道，使電流在汲極與源極間流動。

11 金氧半導體電路延遲效應的發生，是由電路上電容的充放電時間而決定。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 金氧半導體電路延遲效應的發生，是由電路上電容的充放電時間而決定。 由源極或汲極對基體間的p-n接面逆向偏壓，會造成額外的寄生 (parasitic) 電容。連接電晶體的金屬內連線也會形成非常明顯的電容。

12 2.2 理想電流 - 電壓特性 金氧半導體電晶體操作區域：  截止區或次臨界區  線性或非飽和區  飽和區
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.2　理想電流 - 電壓特性 金氧半導體電晶體操作區域：  截止區或次臨界區  線性或非飽和區  飽和區 一階 ( 理想蕭克萊 ) 模型。在截止區(Vgs<Vt) 內，沒有通道的產生，並且從汲極到源極間沒有電流的流動。 其他區域 ，閘極會吸引載子 ( 電子 ) 以形成通道。電子會以正比於兩區域間電場大小的速率，由源極漂移至汲極。

13 已知電容器各極板的電荷為Q=CV。在通道內的電荷Q通道為
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 已知電容器各極板的電荷為Q=CV。在通道內的電荷Q通道為 (2.1) 其中Qg為閘極對通道的電容，而Vgc–Vt為吸引電荷至通道，以超過由p反轉為n所需要的最小電壓量。

14 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 如果源極的電壓為Vs，而汲極為Vd，則平均值就是Vc=(Vs+Vd)/2=Vs+Vds/2。圖2.5所示，閘極與通道電位的平均電位差Vgc等於Vgs–Vds/2。

15 閘極可以當作是平行板電容，其電容值正比於閘氧化層厚度以上的面積。如圖2.6所示，閘極的長度為L，寬度為W，氧化層的厚度為tox，其電容值為
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 閘極可以當作是平行板電容，其電容值正比於閘氧化層厚度以上的面積。如圖2.6所示，閘極的長度為L，寬度為W，氧化層的厚度為tox，其電容值為 (2.2) 其中，二氧化矽的介電常數ox=3.90，0是真空介電係數，0=8.85‧ 10–14F/cm。通常ox/tox項稱為Cox，就是閘氧化層的單位面積電容值。

16 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

17 通道內的每一個載子，都會被加速至正比於橫向電場的平均速度值，此橫向電場就是源極與汲極間的電場。比例常數稱為遷移率。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 通道內的每一個載子，都會被加速至正比於橫向電場的平均速度值，此橫向電場就是源極與汲極間的電場。比例常數稱為遷移率。 (2.3) 電場E是由汲極與源極間的電壓差除以通道長度而得 (2.4)

18 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 載子通過通道所需要的時間，可以用通道長度除以載子速度而求得：L/v 。因此，源極與汲極間的電流，就是通道內的電荷總數量，除以經過通道所需的時間。 (2.5) 其中 (2.6)

19 線性區的操作，即Vgs>Vt， Ids的增量幾乎與Vgs呈線性的關係，
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 線性區的操作，即Vgs>Vt， Ids的增量幾乎與Vgs呈線性的關係， (2.7) 如果Vds>VdsatVgs–Vt，則通道就不會在汲極的鄰近區域反轉；這種現象稱之為夾止。 在Vgs>Vds，以及Vds>Vdsat (2.8) 定義為電晶體全開 (fully ON) 時的電流值 (2.9)

20 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 (2.10)

21 圖2.7所顯示的，就是電晶體的電流 - 電壓特性圖。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.7所顯示的，就是電晶體的電流 - 電壓特性圖。

22 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

23 pMOS電晶體的反應也相同，但符號相反，電流 - 電壓特性圖位於第三象限，如圖2.8所示。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 pMOS電晶體的反應也相同，但符號相反，電流 - 電壓特性圖位於第三象限，如圖2.8所示。

24 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.3　電容 - 電壓特性 2.3.1 簡易金氧半導體電容模型 金氧半導體電晶體的閘極，就是良好的電容器。其電容值就是要用來吸引電荷，以造成反轉層，所以需要高閘極電容值，以得到高的Ids。 電容值為 (2.12) 當電晶體開啟時，通道會自源極起延伸。當估算閘極電容時，把閘極電容值止於源極， 稱此電容為Cgs。

25 大多數使用在邏輯電路的電晶體，其製造時都會採取最小長度， 造成最高的速率，與最低的功耗。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 大多數使用在邏輯電路的電晶體，其製造時都會採取最小長度， 造成最高的速率，與最低的功耗。 (2.13) 其中 (2.14)

26 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.9所說明的是兩個串聯的電阻。圖2.9(a) 中，每一個源極與汲極都有其各自的接觸窗擴散層隔絕 (isolated) 區。圖2.9(b) 中，底部電晶體的汲極，和頂部電晶體的源極，共同分享 (shared) 一個接觸窗擴散區。圖2.9(c) 中，源極與汲極合併為一個無接觸窗區。

27 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

28 金氧半導體閘極位居通道的上方， 閘極電容有兩個部分：本質電容，與重疊電容。 1. 截止 (Cutoff)：當電晶體為關閉狀態(Vgs=0)
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.3.2 更複雜的金氧半導體閘極電容模型 金氧半導體閘極位居通道的上方， 閘極電容有兩個部分：本質電容，與重疊電容。 1. 截止 (Cutoff)：當電晶體為關閉狀態(Vgs=0) 2. 線性狀態 (Linear)：Vgs>Vt 3. 飽和 (Saturation)：Vds>Vgs –Vt 表2.1所顯示的就是此三個區域反應的概略情形：

29 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 在真正的元件中，閘極和源極，或閘極和汲極有小量的重疊，且閘極的邊緣區域會終止在源極與汲極的區域。這會導致額外的重疊電容，就如同圖2.10所示。這些電容正比於電晶體的寬度。其電容的代表值為Cgsol=Cgdol=0.2~0.4fF/m 。 (2.15)

30 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.11(a) 所示，為長通道nMOS電晶體的Cgs和 Cgd。圖中顯示，在Vgs–Vt為某值時，標準的電容值會以Vds的函數而改變。 當Vds=0時， Cgs=Cgd=C0/2。當Vds增加時，電容就會趨近Cgs=2/3C，而且 Cgd=0。 圖2.11(b) 所顯示的，是短通道電晶體 的電容值。 由於重疊電容Cgd(重疊)值非常明顯，使Cgd在飽和狀態時，並不會趨近至0。對短通道電晶體而言，重疊電容會變得更為重要，因為這時它佔了全部電容的大部分。

31 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

32 圖2.12所顯示的，是0.35 m製程所生產之電晶體，在源極與汲極的七種反應組合下，所形成的有效閘極電容
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.12所顯示的，是0.35 m製程所生產之電晶體，在源極與汲極的七種反應組合下，所形成的有效閘極電容

33 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.3.3 更複雜的金氧半導體擴散電容模型 源極擴散層和基體間的反向偏壓p-n接面，會造成寄生電容。電容和源極擴散區的面積 (area)AS，以及側壁周長 PS 的大小有關。幾何形狀在圖2.13 面積值 AS=W‧D。

34 其中Cjbs的單位是電容 / 面積，Cjbsw的單位是電容 / 長度。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 總源極寄生電容為 (2.16) 其中Cjbs的單位是電容 / 面積，Cjbsw的單位是電容 / 長度。 空乏區域的厚度取決於逆向偏壓，此區接面電容為 (2.17) Cj為零偏壓時的接面電容，MJ為接面階級係數 (junction grading coefficient)，其代表性的範圍在0.5至0.33之間 。

35 0為內建電位 (built-in potential)，與摻雜的程度有關。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 0為內建電位 (built-in potential)，與摻雜的程度有關。 (2.18)

36 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 總結來說，金氧半導體電晶體可以視為具有電容的四端點元件，就同圖2.14所顯示，在各端點間會形成電容。閘極電容內含了本質電容。 源極和汲極有重疊區域。源極與汲極則對基體，存有寄生擴散電容。

37 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

38 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

39 2.4 非理想電流 - 電壓效應 圖2.15所顯示的，是以180 nm製程所製造的單位nMOS電晶體的電流 - 電壓特性圖。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.4　非理想電流 - 電壓效應 圖2.15所顯示的，是以180 nm製程所製造的單位nMOS電晶體的電流 - 電壓特性圖。 隨著Vgs的提升，飽和電流值的增加較Vgs的二次方為少。其原因是兩項效應所造成：速度飽和 (velocity saturation) 與遷移率的衰減 (mobility degradation)。

40 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

41 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.4.1 速度飽和與遷移率的衰減 根據式 (2.3)，載子漂移速度，以至於電流，都會隨源極與汲極間之橫向電場Elat=Vds/L，呈線性的增大。在弱電場情形下確是如此；在高電場強度時，因為載子的分散，還有在圖2.16所顯示

42 如果電晶體速度完全飽和時，，飽和電流變成 [Bakoglu90]
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 (2.23) 在沒有速度飽和的情況下，飽和電流為 (2.24) 如果電晶體速度完全飽和時，，飽和電流變成 [Bakoglu90] (2.25)

43 大體而言，模型的建立是根據三項符合電流 - 電壓曲線特性的經驗參數：,Pc與Pv。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 大體而言，模型的建立是根據三項符合電流 - 電壓曲線特性的經驗參數：,Pc與Pv。 (2.26) 其中 (2.27)

44 圖2.17比較了一個速度飽和nMOS電晶體，和理想 ( 蕭克萊模型 ) 電晶體的Ids 。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.17比較了一個速度飽和nMOS電晶體，和理想 ( 蕭克萊模型 ) 電晶體的Ids 。 當電晶體完全達到速度飽和時，即使增加VDD值，也不會對電晶體的性能造成任何好處。

45 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.4.2 通道長度的調變 在理想下，當電晶體處在飽和狀況時，和無關，電晶體就成了完全的電流源。 汲極與基體間的p-n接面反向偏壓，會隨的增加，而形成寬度為的空乏區。 會有效的縮短通道長度為 (2.28) 假定源極電壓和基體電壓值很接近，即Vdb~Vds。提高Vds會降低有效通道長度。通道長度變短，會造成較高的電流值；圖2.18中的飽合狀態時，Ids會隨Vds的增加而提高。

46 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

47 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 在飽和區內，我們可以發現 (2.29) 參數是通道長度調變的經驗因子 。

48 基體是隱含的第四個端子。源極和基體之間的電位差Vsb會影響臨界電壓。臨界電壓可以寫作
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.4.3 通道長度的調變 基體是隱含的第四個端子。源極和基體之間的電位差Vsb會影響臨界電壓。臨界電壓可以寫作 (2.30) 就是臨界電壓，是臨界電壓時的表面電位 (surface potential)，是基體效應因子 (body effect coefficient)，其範圍在0.4~1V1/2。

49 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 (2.31) (2.32)

50 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.4.4 通道長度的調變 理想電晶體的電流 - 電壓模型假定當Vgs>Vt時，電流僅由源極流向汲極。在真正的電晶體中，當電壓低於臨界值時，電流不會突然的截止，而會 以指數的方式下降。這種傳導現象，就是所熟知的漏電流 (leakage)，當Vds為熱電壓vT的倍數時，漏電流就會上升到最大值。 (2.34) (2.35)

51 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

52 其中是汲極偏壓導致通道能障降低效應係數，一般其範圍在0.02~0.1之間。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 次臨界傳導，會因為汲極偏壓導致通道能障降低效應 (drain induced barrier lowering, DIBL) 而更形惡化，此時正Vds會有效的降低Vt。 (2.36) 其中是汲極偏壓導致通道能障降低效應係數，一般其範圍在0.02~0.1之間。

53 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

54 其中IS取決於摻雜的濃度，還有擴散區的面積與周長。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.4.5 通道長度的調變 擴散區和基體之間的p-n接面，或擴散區和井區之間的p-n接面，會形成二極體，就同圖2.19所示。 這些二極體能維持逆向偏壓。 逆向偏壓二極體也會傳導小量的電流 ID。 (2.38) 其中IS取決於摻雜的濃度，還有擴散區的面積與周長。

55 載子穿透就是流入閘極的閘極漏電流 (gate leakage)。當閘氧化層的厚度增加時，穿隧的可能性就會按指數的規律而減小。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.4.6 穿隧效應 載子穿透就是流入閘極的閘極漏電流 (gate leakage)。當閘氧化層的厚度增加時，穿隧的可能性就會按指數的規律而減小。 當閘氧化層比15~20Å 還薄時，穿隧電流就成了一項要素，而且其大小也和先進製程的次臨界漏電流差不多。圖2.20所繪，為各種閘氧化層厚度下，閘極漏電流密度JG對電壓的對照圖。

56 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

57 溫度會影響電晶體的特性。 載子遷移率會隨溫度升高而降低。 關係為
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.4.7 穿隧效應 溫度會影響電晶體的特性。 載子遷移率會隨溫度升高而降低。 關係為 (2.39) 其中T是絕對溫度，Tr為室溫，k為配適參數，其值的範圍是1.2~2.0。 臨界電壓的大小幾乎與溫度呈線性減少，其估計值為 (2.40) 其中kvt的範圍一般都是0.5~3.0 mV/K。

58 此綜合的溫度效應顯示在圖2.21中，其中ON電流會隨溫度升高而減少，而OFF電流會隨溫度升高而增加。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 此綜合的溫度效應顯示在圖2.21中，其中ON電流會隨溫度升高而減少，而OFF電流會隨溫度升高而增加。

59 圖2.22顯示ON電流Idsat是如何隨溫度升高而減少。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.22顯示ON電流Idsat是如何隨溫度升高而減少。

60 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.4.9 總　結 臨界電壓值的下降 漏電流 VDD 延　遲 匹　配

61 2.5 直流轉換特性 2.5.1 互補式金氧半導體反相器的直流特性 圖2.23的互補式金氧半導體反相器的直流轉換特性
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.5　直流轉換特性 2.5.1 互補式金氧半導體反相器的直流特性 圖2.23的互補式金氧半導體反相器的直流轉換特性

62 表2.2所呈現的，是nMOS電晶體和pMOS電晶體在各種操作範圍的情況。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 表2.2所呈現的，是nMOS電晶體和pMOS電晶體在各種操作範圍的情況。

63 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

64 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

65 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.25為180 nm製程的反相器模擬結果。

66 當時p=n，反相器的臨界電壓為Vinv為 VDD/2。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.5.2 比例效應 當時p=n，反相器的臨界電壓為Vinv為 VDD/2。 有不同比例p/n的反相器，稱為偏斜反向器 (skewed invertor) 。如果p/n>1 ，反相器就是高偏斜 。如果p/n<1 ，反相器就是低偏斜。如果 ，p/n=1反相器就有正常偏斜，或稱為不偏斜 (unskewed)。

67 圖2.26探討了比例的偏斜性，對直流轉換特性的影響。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.26探討了比例的偏斜性，對直流轉換特性的影響。

68 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.5.3 雜訊邊限 雜訊邊限 (noise margin) ，能瞭解閘極電壓輸入所允許的雜訊電壓值，而使輸出不致出現錯誤。有兩項參數：低 (LOW) 雜訊邊限 ──NML，與高 (HIGH) 雜訊邊限 ──NMH。參照圖2.27，NML定義為低輸入電壓最大值，和低輸出電壓最大值的差值。

69 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

70 輸入電壓為接受閘極所辨別出的電壓，而輸出電壓為驅動閘極所產生的電壓。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 輸入電壓為接受閘極所辨別出的電壓，而輸出電壓為驅動閘極所產生的電壓。 (2.42) NMH則是驅動閘極之高輸出電壓最小值 。 (2.43) 其中VIH=高輸入電壓的最小值； 　　VIL= 低輸入電壓的最大值； 　　VOH=高輸出電壓的最小值； 　　VOL= 低輸出電壓的最大值。

71 為了達到計算雜訊邊限的目的，反相器的轉換特性，以及電壓準位VIL,VOL,VIH,VOH的定義，都在圖2.28中有所說明。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 為了達到計算雜訊邊限的目的，反相器的轉換特性，以及電壓準位VIL,VOL,VIH,VOH的定義，都在圖2.28中有所說明。

72 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.5.4 比例反相器轉換函數 圖2.29(a) 就是使用電阻負載，或使用恆定電流源的一般nMOS反相器。如果將電阻負載線，加到下拉電晶體 ( 圖2.29(b)) 的電流 - 電壓特性中的話，就會發現當Vin = VDD時，輸出值Vout(VOL)會較小 ( 圖2.29(c))。當Vin = 0時，Vout就會上升至VDD。當電阻值加大時，VOL會減小，而且反相器開啟時，流動的電流值也會減小。

73 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

74 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

75 圖2.30(b) 和2.30(c) 所示，當Vin已知，而Idsn=|Idsp|時，找出Vout，就能得到一樣的轉換特性。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 大多數互補式金氧半導體製程，都無法做出高阻值電阻和理想電流源。較實際的電路稱為虛擬nMOS反相器 (pseudo-nMOS inverter)，如圖2.30(a) 所示。 圖2.30(b) 和2.30(c) 所示，當Vin已知，而Idsn=|Idsp|時，找出Vout，就能得到一樣的轉換特性。 圖2.30(d) 顯示當nMOS電晶體開啟時，恆定的直流電流會流入電路中。

76 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

77 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

78 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.5.5 比例反相器轉換函數 圖2.31(a) 顯示nMOS電晶體，其閘極和汲極的電位接至VDD。源極的電位為Vs=0。而Vgs>Vtn，電晶體為開啟，同時電流流動。如果源極的電壓上升至 Vs=VDD–Vtn，而Vgs減少至Vtn時，電晶體就會切換至關閉狀態。傳遞「邏輯1」的nMOS電晶體無法將源極電壓上拉到VDD–Vtn以上。 有時這種失敗稱為臨界電壓下降 (threshold drop)。

79 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

80 如果已衰減的輸出，要驅動另一個電晶體的閘極時，第二個電晶體就會造成更衰減的輸出值 ( 圖2.31(d))。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 當nMOS電晶體的源極電壓上升時，Vsb就不再是零。 源極對基底的電位不為零時，就會造成基體效應，而增加臨界電壓。由VDD=5V所驅動的傳送電晶體，只能產生3.34 V的輸出 。 同樣地，pMOS電晶體傳遞「邏輯1」的性能不錯，但傳送「邏輯0」則不佳。如果pMOS電晶體的源極電壓下降低於|Vtp|，電晶體就會截止。所以，pMOS電晶體僅會下拉至GND電位以上的臨界電壓範圍內，如圖2.31(b)所示。 如果已衰減的輸出，要驅動另一個電晶體的閘極時，第二個電晶體就會造成更衰減的輸出值 ( 圖2.31(d))。

81 圖2.32所繪內容，是用於輸入電壓可由GND加高至VDD的傳輸閘ON阻抗，並設定輸出電壓值會非常接近輸入值。在區域A 。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.32所繪內容，是用於輸入電壓可由GND加高至VDD的傳輸閘ON阻抗，並設定輸出電壓值會非常接近輸入值。在區域A 。

82 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.5.6 三態反向器 將傳輸閘用一個反相器串接，所建立的電路就是圖2.33(a) 的三態反向器。當EN=0，且ENb=1時，反相器的輸出就是在三態情況 (Y輸出不會由A輸入所驅動 )。當EN=1，且ENb=0時，Y輸出就等於A的補數。 圖2.33(d) 中所顯示的電路，將A和致能端子 (en- able terminals) 互換。在邏輯上為等效電路，但在電氣特性上，該電路的功能較差，因為如果輸出為三態，但A為轉態的話，來自內部節點的電荷，就會擾亂浮動輸出的節點。

83 第 2 章　金氧半導體電晶體理論

84 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.6　切換準位RC延遲模型 RC延遲模型可以利用涵蓋閘極切換範圍的平均阻抗和平均電容，來估算非線性電晶體的電流 - 電壓特性，也能估算電容 - 電壓特性。 RC延遲模型將電晶體視為與電阻串連的開關。一個具有k倍單位寬度的nMOS電晶體，其阻抗值為R/k。因為單位pMOS電晶體的移動率較低，故有較大的阻抗，通常阻抗的範圍是2R~3R。為計算上的方便， 都採用2R為阻抗值。

85 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 2.6　切換準位RC延遲模型 RC延遲模型可以利用涵蓋閘極切換範圍的平均阻抗和平均電容，來估算非線性電晶體的電流 - 電壓特性，也能估算電容 - 電壓特性。 RC延遲模型將電晶體視為與電阻串連的開關。一個具有倍單位寬度的nMOS電晶體，其阻抗值為。因為單位pMOS電晶體的移動率較低，故有較大的阻抗，通常阻抗的範圍是。為計算上的方便， 都採用為阻抗值。 我們定義某操作點時的阻抗為

86 式 (2.45) 所顯示的阻抗，是正比於L/W，並隨Vgs而減少。判定阻抗較好的方法 。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 我們定義某操作點時的阻抗為 (2.44) (2.45) 式 (2.45) 所顯示的阻抗，是正比於L/W，並隨Vgs而減少。判定阻抗較好的方法 。

87 圖2.34為等效RC電路模型，此模型是針對寬度為k倍，在源極與汲極處具有接觸窗擴散的nMOS與pMOS電晶體。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 圖2.34為等效RC電路模型，此模型是針對寬度為k倍，在源極與汲極處具有接觸窗擴散的nMOS與pMOS電晶體。

88 利用RC模型，可以計算邏輯閘的延遲增值。圖2.35顯示如何估算一個扇出值為一的反相器延遲。
第 2 章　金氧半導體電晶體理論 利用RC模型，可以計算邏輯閘的延遲增值。圖2.35顯示如何估算一個扇出值為一的反相器延遲。

89 第 2 章　金氧半導體電晶體理論 電晶體把準位傳遞到不對的方向時，就表示有效阻抗值偏大。可以規定單位nMOS電晶體的有效阻抗為2R時，就傳遞「邏輯1」，而單位pMOS電晶體的有效阻抗為4R時，就傳遞「邏輯0」。傳輸閘的有效阻抗，為兩個電晶體阻抗的並聯值。圖2.36顯示 。