Binkley Ch3 — MOS Performance vs , IC, （下篇：电容/带宽/噪声/失配/漏电流）
下篇覆盖 §3.9-§3.12：电容和带宽、噪声（热/闪烁/栅漏）、失配（局部/距离）、漏电流（栅漏/结漏/亚阈值）。
§3.9 电容与带宽
栅氧电容
其中 。
本征栅电容
本征栅电容与 IC 的依赖关系（归一化到 ）：
| 电容 | 符号 | 弱反型 | 中反型 | 强反型 |
|---|---|---|---|---|
| 栅-源 | 0 | 过渡 | ||
| 栅-漏 | 0 | 过渡 | （饱和）/ （线性） | |
| 栅-体 | 过渡 | 0 |
EKV 模型统一表达式（用于设计）：
外禀交叠电容
- ：栅-源交叠电容
- ：栅-漏交叠电容
- ：栅-体交叠电容
典型值： F/m
结电容（漏-体、源-体）
和 依赖于偏置电压（, ），包括面积和周边成分。
本征带宽
- 弱反型： 低（因 与 比例固定而电容大）
- 强反型： 高（，电容小）
外禀带宽 （含交叠电容）
二极管连接带宽
趋势总结：IC↑ → 带宽↑（电容降低速度超过 损失）；↑ → 带宽↓↓（ 不变但电容正比于 ）
§3.10 噪声
热噪声
MOS 在饱和区的漏极热噪声电流 PSD：
其中 是热噪声因子：
- 弱反型：
- 强反型（长沟）：
- 强反型（短沟）： 可增至 （载流子加热效应）
栅参考热噪声电压：
Binkley 的独特贡献： 与 IC 的关系曲线提供了设计指导。弱反型下 最小，意味着每单位 的热噪声最低。
闪烁噪声
载流子密度涨落模型（McWhorter）
迁移率涨落模型（Hooge）
统一模型（载流子密度+相关迁移率涨落）
Binkley 的工程化闪烁噪声表达式：
其中 是闪烁噪声因子（单位 C²/cm²）， 是频率指数（通常 ）。
IC 对闪烁噪声的影响（Binkley 的独特贡献）： 栅参考闪烁噪声电压随 IC 升高而增大（因为反型水平越高，载流子更靠近 Si-SiO₂ 界面，受到更多界面态影响）。Binkley 给出了定量关系：
闪烁噪声转角频率
即 正比于 乘以噪声因子比。
栅极/衬底/源极电阻热噪声
多指栅极可显著降低 。
沟道雪崩噪声
高 下 的反向击穿成分产生雪崩噪声。
感应栅噪声电流
高频下栅极与沟道的电容耦合产生感应栅噪声，PSD 正比于 。
栅漏噪声电流
栅氧厚度 nm 时，直接隧穿栅电流产生栅漏散粒噪声和闪烁噪声：
§3.11 失配
局部 DC 失配（Pelgrom 模型）
阈值电压失配：
跨导因子失配：
典型参数（Binkley 汇总数据）：
- 0.18 μm CMOS： mV·μm（nMOS），3.9 mV·μm（pMOS）
- 0.5 μm CMOS： mV·μm
栅源电压失配
弱反型下 很小：
强反型下 较大， 的失配开始显著。
漏极电流失配
由于 高时（弱反型）电流失配对 失配更敏感。
距离失配
除局部失配外，器件间距 引入的额外失配：
其中 是距离失配系数（V/μm）。
临界间距
当 时，距离失配与局部失配相当。
电路性能影响
- 带宽-功耗-精度权衡（电流模）：
- 带宽-功耗-精度权衡（电压模）：
§3.12 漏电流
栅漏电流（直接隧穿）
栅氧 nm 时显著：
等效栅源电导 。
栅漏电流的电路影响
| 影响 | 描述 |
|---|---|
| 最低工作频率 | |
| 本征电流增益 | |
| 电容放电 | 会逐渐降低悬浮节点电压 |
| 噪声 | 散粒噪声 + 栅闪烁噪声 |
| 失配 | 增加 |
关键 tradeoff：长沟道、大面积器件降低闪烁噪声和失配，但增加栅漏电流。
pn 结漏电
- 和 ：反偏 结漏电流
- 温度依赖性强烈（每 10°C 约翻倍）
亚阈值漏电
- 即使 ，仍有亚阈值漏电流
- 在数字电路中更重要（关态漏电）