作者：Xie M. X.  (UESTC，成都市)

        模拟IC总是不断地要求提高增益、提高频率、降低噪声、减小失真等。但是由于MOSFET存在其固有的内在矛盾，所以很难满足模拟应用的这些需要。因此，解决这些内在矛盾，也就是模拟MOSFET及其IC的发展方向。

（1）MOSFET的一个内在矛盾：

        对于MOSFET而言，其内在矛盾很多，而其中的一个重要矛盾就是其工作频率的提高与增益的提高是不相容的，这集中就表现在它的“工作频带宽度与电压增益的乘积等于一个常数”这个关系上（该常数就是特征频率fT）。

         MOSFET的最大电压放大系数Kvsat可以用饱和区的跨导gmsat和输出交流电阻ro的乘积来表示，即Kvsat = gmsat ro 。

        而MOSFET的饱和区跨导和输出交流电阻都与沟道长度调制效应和饱和电压(Vgs-Vt)有关，沟道越长、饱和电压越低，跨导和输出交流电阻也就越大，因而电压放大系数也就相应地越大；即有Kvsat∝L/(Vgs-Vt)。正因为有这种关系，所以当前的大多数模拟MOSFET及其IC，为了保证其具有较大的电压增益，总是选取较大尺寸的工艺技术来设计、制造。

        但是MOSFET的工作频率与栅极电容和沟道长度直接有关，沟道越短、饱和电压越高，晶体管的特征频率就越高；即有ft∝(Vgs-Vt)/L。可见，提高频率与提高电压增益，在对于器件尺寸和使用条件的要求上是矛盾的。

（2）MOSFET在模拟应用中的发展方向：

        由于MOSFET的上述内在矛盾限制着器件性能的进一步提高，所以在设计MOSFET时，就必须兼顾频率和增益这两个方面的要求，来适当地选取沟道长度和饱和电压。一般，常常是固定饱和电压为0.2V左右，然后再来尽地量缩短沟道长度，以不出现沟道长度调制效应为准（保证具有较高的电压增益）。因而，常规的MOSFET就难以做到既具有高的频率、又同时具有高的增益。

        由此可以想见，为了在尽量缩短沟道、以提高截止频率的同时，能够提高增益，就必须保证器件在很短的沟道时、也不出现包括沟道长度调制效应在内的许多所谓短沟道效应。因此，可以说，今后模拟MOSFET及其IC的一个重要发展方向，就是需要解决短沟道MOSFET怎么样才会不出现短沟道效应的问题。

        当然，要解决好短沟道MOSFET如何不出现短沟道效应这个问题，并不是一件很容易的事情。也正因为如此，所以模拟MOSFET及其IC的工艺技术水平，往往要落后于数字MOSFET及其IC大约2～3代。不过，缩短沟道，总是人们努力发展的一个重要方向。

        在克服MOSFET短沟道效应方面的工作，已经有了许多卓有成效的结果。例如，减小源极区和漏极区的结深；用金属-半导体接触来代替源极和漏极的pn结等。

      【说明】MOSFET的数字应用： 

        提高MOSFET开关速度的主要措施是：缩短沟道长度；减小寄生电容；提高器件跨导、增大饱和电压和载流子迁移率。缩短沟道长度和增大饱和电压，这种提高开关速度的措施，正好与提高特征频率的措施一致。缩短沟道长度是减短本征延迟时间、提高开关速度的最有效的措施；实际上，MOS集成电路从小规模集成到大规模集成的发展过程，也就是一个不断缩短沟道长度的过程，现在VLSI中MOSFET的沟道长度已经缩短到了70nm以下。

        但是提高开关速度、即提高特征频率的要求，却与提高电压增益的要求存在着上述的矛盾。

        总之，MOSFET的模拟应用与数字应用，在对器件结构和工作条件等的要求上是不相同的。