CN111952266A - 电容和电路元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容，包括：金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、直流电源；金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的源极与漏极连接后的共同引出端作为所述电容的第一极板；所述MOSFET的栅极作为所述电容的第二极板，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接。本发明还公开了一种电路元件，包括第一电容、第二电容；所述第一电容和第二电容各自包括：MOSFET、直流电源；MOSFET的源极与漏极连接后的共同引出端作为所述电容的第一极板；所述MOSFET的栅极作为所述电容的第二极板，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接；其中，所述第一电容与所述第二电容中的MOSFET的类型不同；第一电容与第二电容串联。

Description

电容和电路元件
技术领域
本公开涉及电路领域，尤其涉及电路领域中的电容和电路元件。
背景技术
在一些工艺中，当没有好的多晶电容时，常使用MOS管作为电容。一般将MOS管的栅极作为一个极板，源极、衬底和漏极连在一起作为另一个极板。
发明内容
本公开提供了一种电容，该电容具有较大的单位面积电容值。
本公开实施例提供了一种电容，包括：
金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、直流电源；
金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的源极与漏极连接后的共同引出端作为所述电容的第一极板；
所述MOSFET的栅极作为所述电容的第二极板，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接。
一种示例性的实施例中，上述电容还具有下面特点：
所述MOSFET包括N型MOSFET和P型MOSFET。
一种示例性的实施例中，上述电容还具有下面特点：
当所述MOSFET为N型MOSFET时，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接是指：
所述N型MOSFET的栅极与所述直流电源的正极连接，所述N型MOSFET的衬底与所述直流电源的负极连接。
一种示例性的实施例中，上述电容还具有下面特点：
当所述MOSFET为P型MOSFET时，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接是指：
所述P型MOSFET的栅极与所述直流电源的负极连接，所述P型MOSFET的衬底与所述直流电源的正极连接。
本公开还提供了一种电路元件，该电路元件具有较低的电压相关性以及温度相关性。
本公开实施例提供了一种电路元件，包括：第一电容、第二电容；
第一电容、第二电容各自包括：
金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、直流电源；
金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的源极与漏极连接后的共同引出端作为所述电容的第一极板；
所述MOSFET的栅极作为所述电容的第二极板，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接；
其中，所述第一电容与所述第二电容中的MOSFET的类型不同；
第一电容与第二电容串联。
一种示例性的实施例中，上述电路元件还具有下面特点：
所述MOSFET包括N型MOSFET和P型MOSFET；
一种示例性的实施例中，上述电路元件还具有下面特点：
所述第一电容中的MOSFET为N型MOSFET，所述第二电容中的MOSFET为P型MOSFET；
一种示例性的实施例中，上述电路元件还具有下面特点：
所述第二电容中的MOSFET为N型MOSFET，所述第一电容中的MOSFET为P型MOSFET。
一种示例性的实施例中，上述电路元件还具有下面特点：
当所述MOSFET为N型MOSFET时，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接是指：
所述N型MOSFET的栅极与所述直流电源的正极连接，所述N型MOSFET的衬底与所述直流电源的负极连接。
一种示例性的实施例中，上述电路元件还具有下面特点：
当所述MOSFET为P型MOSFET时，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接是指：
所述P型MOSFET的栅极与所述直流电源的负极连接，所述P型MOSFET的衬底与所述直流电源的正极连接。
附图说明
图1为MOSFET基本电容组成的示意图。
图2为本公开实施例的由NMOS构成的电容的连接图。
图3为本公开实施例的由PMOS构成的电容的连接图。
图4为本公开实施例的电容。
图5为本公开实施例的电路元件。
图6为本公开实施例的电路元件的测试电路。
图7为本公开实施例的测试电路中MOSFET为NMOS的电容cap_n的电路图。
图8为本公开实施例的测试电路中MOSFET为PMOS的电容cap_p的电路图。
图9为本公开实施例的电路元件的测试电路。
图10为本公开实施例的电容值变化曲线。
图11为本公开实施例的电容的电压相关性仿真曲线。
图12为本公开实施例的电容的温度相关性仿真曲线。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本公开的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
图1为MOSFET基本电容组成的示意图，C1-C6电容分别为：
C1＝CoxWL
Figure BDA0002576246780000041
C3＝C4＝CovW
C5＝C6≈Cj*WL
其中，Cox为单位面积栅氧化层电容，Cov为单位长度覆盖电容，Cj为单位面积源漏区结电容，γ为衬片调制系数，W、L分别为MOSFET的栅宽和栅长，ΦF为MOS的平带电压。
图2为根据本公开实施例的由NMOS构成的电容的连接图，图3为根据本公开实施例的由PMOS构成的电容的连接图。
在图2中，
Ctotal＝C1+C2+C3+C4+C5+C6
VGB＞0产生反型层；(VAB＞0)
VBC＜0保证PN结反偏；
VAC＝VA-VC＝VAB-VCB＝VAB+VBC
VBC＝VAC-VAB＜0
0＜VAC＜VAB
VBS＝VB-VC＝VA-Vbias-VC＝VAC-Vbias
其中，VBS是指衬源电压，VB表示衬底电压，Vbias表示图中直流电源的电压。
在图3中，
Ctotal＝C1+C2+C3+C4+C5+C6
VGB＜0产生反型层；(VAB＜0)
VBC＞0保证PN结反偏；
VAC＝VA-VC＝VAB-VCB＝VAB+VBC
VBC＝VAC-VAB＞0
VAB＜VAC＜0
VBS＝VB-VC＝VA+Vbias-VC＝VAC+Vbias
其中，VBS是指衬源电压，VB表示衬底电压，Vbias表示图中直流电源的电压。
将MOS的源、漏、沟道当成是一个电极，将MOS栅和衬底当成另一个电极，则两个电极间的总电容为C1～C6六个电容的并联，从而可以有效提高单位面积电容值。
图4为本公开实施例的电容，包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、直流电源；
金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的源极与漏极连接后的共同引出端作为所述电容的第一极板；
所述MOSFET的栅极作为所述电容的第二极板，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接。
一种示例性实施例中，所述MOSFET包括N型MOSFET和P型MOSFET。
一种示例性实施例中，当所述MOSFET为N型MOSFET时，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接是指：
所述N型MOSFET的栅极与所述直流电源的正极连接，所述N型MOSFET的衬底与所述直流电源的负极连接。
一种示例性实施例中，当所述MOSFET为P型MOSFET时，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接是指：
所述P型MOSFET的栅极与所述直流电源的负极连接，所述P型MOSFET的衬底与所述直流电源的正极连接。
其中，根据不同的工艺，对应直流电压值不同，但是直流电源的取值必须保证MOSFET的反型层存在。
图5为本公开实施例的电路元件。该电路元件包括：第一电容、第二电容；
第一电容和第二电容各自包括：金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、直流电源；
MOSFET的源极与漏极连接后的共同引出端作为所述电容的第一极板；
所述MOSFET的栅极作为所述电容的第二极板，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接；
其中，所述第一电容与所述第二电容中的MOSFET的类型不同；
第一电容与第二电容串联。
一种示例性实施例中，所述MOSFET包括N型MOSFET和P型MOSFET；其中，所述第一电容中的MOSFET为N型MOSFET，所述第二电容中的MOSFET为P型MOSFET；
或者，所述第二电容中的MOSFET为N型MOSFET，所述第一电容中的MOSFET为P型MOSFET。
一种示例性实施例中，当所述MOSFET为N型MOSFET时，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接是指：
所述N型MOSFET的栅极与所述直流电源的正极连接，所述N型MOSFET的衬底与所述直流电源的负极连接。
一种示例性实施例中，当所述MOSFET为P型MOSFET时，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接是指：
所述P型MOSFET的栅极与所述直流电源的负极连接，所述P型MOSFET的衬底与所述直流电源的正极连接。
图6为本公开实施例的电路元件的测试电路，包括：
交流电源、cap_n(即上文中的第一电容)和cap_p(即上文中的第二电容)。其中，cap_n与cap_p串联形成图5所示的电路元件。该电路元件与交流电源串联构成测试电路。
图6中的cap_n和cap_p的位置可以互换。图6中的acm＝1，表示交流电源的电压伏值为1v。Vdc表示第一电容或第二电容中的直流电源为预设直流电源值。
图7为本公开实施例的测试电路中MOSFET为NMOS的电容cap_n的电路图。
对于cap_n:
VBS＝VB-VC＝VA-Vbias-VC＝VAC-Vbias
其中，VBS是指衬源电压，VB表示衬底电压，VC表示C点(源极)的电位，Vbias表示图中直流电源的电压。
图8为本公开实施例的测试电路中MOSFET为PMOS的电容cap_p的电路图。
对于cap_p:
VBS＝VB-VC＝VA+Vbias-VC＝VAC+Vbias
其中，VBS是指衬源电压，VB表示衬底电压，VC表示C点(源极)的电位，Vbias表示图中直流电源的电压。
由于MOSFET中的C2电容与源衬电压有关，从而使得该电容具有较大的电压相关性。
图9为本公开实施例的电路元件的测试电路。设定连接点分别为A、P、C，则：
对于cap_n:
按照图7可知，VBS＝VB-VC＝VA-Vbias-VC＝VAC-Vbias
将上式脚标中的C替换为P，则|VBS|＝VAP-Vbias
对于cap_p:
按照图8可知，VBS＝VB-VC＝VA+Vbias-VC＝VAC+Vbias
将上式脚标中的A替换为P，则
|VBS|＝-VPC+Vbias
由于Vbias相同，随着A、C两端电压的变化，cap_n两端电容随着VAP增大而下降，cap_p两端电容随着VPC增大而增大，从而使得A、C两端的实际电容值随着两端电压的变化的相关性下降，从而有效提高该电容的电压相关性。
图10、图11和图12为对图9中串联的cap_n和cap_p的仿真结果曲线。对于该电容的相关参数仿真结果：
1、单位面积电容求解：MOSFET的尺寸为W＝a*2.2u，L＝2.2u，当a从1到100变化时，对应电容值变化如图10所示。
对该电容值进行matlab拟合，得到：
p＝1.0e-13*
0.3248 0.0080
(上面matlab拟合的结果表示P＝(0.3248a+0.0080)*10-13)
即对应单位面积电容值为：0.3248×10-13÷(2.2*2.2)＝6.71fF/μm2。
2、电压相关性求解：a＝1，W＝2.2u，L＝2.2u，输入电压-1V～1V变化时：
Matlab拟合结果为：p＝1.0e-13*
-0.0240 0.0030 0.3282
即，该电容的一阶电压相关性系数和二阶电压相关性系数分别为：
0.0030÷0.3282＝9.14ppm/V -0.024÷0.3282＝-73.1ppm/V2
3、温度相关性求解：
当仿真温度变化-50℃～50℃时：
Matlab拟合结果为：p＝1.0e-13*
-0.0000 0.0001 0.3317
即，该电容的一阶温度相关性系数和二阶温度相关性系数分别为：
0.0001÷0.3317＝0.301ppm/℃-0.000÷0.3317＝0ppm/℃2
通过仿真结果可知，串联的cap_n和cap_p具有较低的电压相关性以及温度相关性。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本公开不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上仅为本公开的优选实施例，当然，本公开还可有其他多种实施例，在不背离本公开精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本公开作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本公开所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电容，其特征在于，包括：
金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、直流电源；
金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的源极与漏极连接后的共同引出端作为所述电容的第一极板；
所述MOSFET的栅极作为所述电容的第二极板，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接。
2.如权利要求1所述的电容，其中，
所述MOSFET包括N型MOSFET和P型MOSFET。
3.如权利要求2所述的电容，其中，
当所述MOSFET为N型MOSFET时，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接是指：
所述N型MOSFET的栅极与所述直流电源的正极连接，所述N型MOSFET的衬底与所述直流电源的负极连接。
4.如权利要求2所述的电容，其中，
当所述MOSFET为P型MOSFET时，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接是指：
所述P型MOSFET的栅极与所述直流电源的负极连接，所述P型MOSFET的衬底与所述直流电源的正极连接。
5.一种电路元件，其特征在于，包括：
第一电容、第二电容；
所述第一电容和第二电容各自包括：
金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、直流电源；
金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的源极与漏极连接后的共同引出端作为所述电容的第一极板；
所述MOSFET的栅极作为所述电容的第二极板，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接；
其中，所述第一电容与所述第二电容中的MOSFET的类型不同；
第一电容与第二电容串联。
6.如权利要求5所述的电路元件，其特征在于，
所述MOSFET包括N型MOSFET和P型MOSFET。
7.如权利要求6所述的电路元件，其特征在于，
所述第一电容中的MOSFET为N型MOSFET，所述第二电容中的MOSFET为P型MOSFET。
8.如权利要求6所述的电路元件，其特征在于，
所述第二电容中的MOSFET为N型MOSFET，所述第一电容中的MOSFET为P型MOSFET。
9.如权利要求6所述的电路元件，其特征在于，
当所述MOSFET为N型MOSFET时，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接是指：
所述N型MOSFET的栅极与所述直流电源的正极连接，所述N型MOSFET的衬底与所述直流电源的负极连接。
10.如权利要求6所述的电路元件，其特征在于，
当所述MOSFET为P型MOSFET时，所述MOSFET的栅极通过直流电源与所述MOSFET的衬底连接是指：
所述P型MOSFET的栅极与所述直流电源的负极连接，所述P型MOSFET的衬底与所述直流电源的正极连接。
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