MOS晶体管弱反型和感应栅噪声工作原理及其特性解析

强反型

工作在弱反型区的晶体管，像在强反型时所表现的一样,噪声电流的功率谱密度曲线中呈现出一“平直”部分（图8.25）在某些处理方法中，认为和强反型时一样，这是由热噪声引起的（另一种散弹噪声的假设将在后面讨论），基于别处给出的证明，可以认为式（8.5.16）对弱反型区也有效，这样便可导出弱反型时的功率谱密度表达式。MOS晶体管弱反型，MOS晶体管感应栅噪声。从式（7.4.36）可得QI，现在重写于下：

沟道源端和漏端处的单位面积反型层电荷的表达式曾在4.6节中导出。把这些表达式，代入上式并在结果式中再代入电流表达式（4.6.16），不难得到

其中I´D是ID-VDS曲线的平直部分（VDS＞5Φt）的电流。把上式代入式（8.516（认为它仍然有效），并回想起Φt=kT/q，其中q是电子电荷，可得到

对于大的VDS的值，（＞5Φt），此式简化为2qIDΔf。在推导上面的结果时，虽然我们已假设存在的是热噪声，但是如果假设是所谓散弹噪声，则所得到的均放值将完全相，散弹噪声与因载流子跨越势垒（例如，载流子从源到沟道）而产生的直流电流有关，是由于电荷到达的不连续性引起的。MOS晶体管弱反型，MOS晶体管感应栅噪声。可以证明散弹噪声的功率谱密度为2qI，其中I是直流电流。这样，在弱反型区，不论假设存在热噪声还是散噪声，都得到相同的结果。这就导致了某些争论，即弱反型时，两类噪声中到底实际存在哪一类噪声。

利用式（8.5.19），可以和前面一样，定义一个等效输入噪声电压。弱反型时gm=ID/（nΦt），于是可以证明

令上式等于4kTRnΔf，可以证明等效输入噪声电阻Rn为

感应栅噪声

基于沟道中电势的随机涨落获得了上面的结果，这些涨落通过氧化层电容会耦合到栅端，并且，即使在所有外部电压都不变的情况下，也可在栅端“感应”出一微小的噪声电流。对于高到约为ω_o的频率，已经算出饱和区忽略衬底效应时的感应栅电流的功率谱密度（固定VGS）近似为20kTf²C²Ox/gm，饱和。在V´DS之下再减小VDS可平滑地减小这一噪声电流，该噪声电流具有的功率谱密度约是在VDS=0的饱和情况下，功率谱密度值饿0.7倍。MOS晶体管弱反型，MOS晶体管感应栅噪声。对于这一表达式的有效区内的那些频率，感应栅电流是很小的。

基于通过耗尽区电容能把沟道随机电势涨落耦到彻底这样一种观点，也可规定感应衬底噪声电流。

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