数字集成：MOS管速度饱和的理解（V0.0）

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1、写在前面的话

主要讲下MOS器件的速度饱和，第一次接触这个概念，网上的文章很少，找了好几篇看，记录下。原文学习可参考数字集成电路（第二版），里面62、63页有专业的解释。这里提取简明扼要的东西。

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2、简化版专业解释

一般而言，载流子速度正比于电场，斜率是载流子的迁移率；可当延沟道电场达到临界值（某个根据散射效应计算的值）时，载流子的速度将会趋于饱和，称为速度饱和效应。此时的载流子速度不会随着电场增大而增大。

有很多要说明的东西：

01 一般这种现象发生在短沟器件中。
02 如果不考虑速度饱和的情况，管子在Vgs-Vth 03 载流子的速度趋于饱和的主要原因是因为散射效应，也即是载流子间的碰撞导致的，这个没了解过，或许以后在半导体器件物理一书中我能学到。
04 课本上将这个临界值设置为ξc，并用下面这幅图形象的描述了这个概念。

05 电子和空穴的饱和速度大致相同，是10^5m/s。
06 速度饱和发生的临界电场强度取决于掺杂浓度和外加的垂直电场强度。

问题：课本中有句话，翻译严重影响阅读，可以去看看原著，根本没有说，在这种情况下，2伏左右电压就可以饱和，这个2虽然合理，但却想不到怎么计算的。后面一页是原著。

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3、个人寻找的理解

速度饱和效应发生在这样一个场景下：首先MOS管工作在饱和saturation区(vds>vgs-vth)，可是此时的Vgs-Vth太大了。

说明：将二极管接法的管子扫描Vgs，管子依次经历，截止区，弱反型区，强反型区和速度饱和区。 对于工作在饱和区的管子其沟道电场强度为（Vgs-Vth）/Leff，该电场太大，则沟道载流子速度饱和了。 大Vds将把沟道截止点推向源区，使得Leff变小，但真正决定因素还是Vgs-Vth。
Vgs-Vth小于80mv时，饱和时管子工作在弱反型，100mv-400mv左右工作在强反型，400mv+则速度饱和了（前提：管子工作在饱和区Vds>Vgs-Vth）。

下图用于解释速度饱和效应，截止点的电势为Vgs-Vth。推导电流公式时，用的是单位长度平均载流子浓度乘以速度的方式，省去了繁琐的积分方法，当电场强度（Vgs-Vth）/Leff超过临界值时，沟道电子速度是u*（Vgs-Vth）/Leff变为恒定值Vsat。平方率退化为一次方率，这就是告诉大家，为什么你用平方律手算的W，L这么不准的原因了。
关键是要理解，饱和区管子的电场强度是（Vgs-Vth）/Leff，沟道电子速度是u*（Vgs-Vth）/Leff，当（Vgs-Vth）/Leff太大时，速度饱和了（半导体的性质）。

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