CMOS耗尽模式技术具有许多优势，第一部分

传统上，耗尽型 MOSFET 被归类为线性器件，因为源极和漏极之间的传导通道无法被夹断，因此不适合数字开关。这种误解的种子是由 Dawon Kahng 博士播下的，他在 1959 年发明了第一个耗尽型 MOSFET——只有三个端子当栅极控制电压在电源和地之间变化时，栅极的三端耗尽型 MOSFET 的沟道。Dr. Kahng 的耗尽型 MOSFET 只能用作可变电阻或同相线性缓冲器。从那时起，耗尽型 MOSFET 一直被用作三端线性器件。

当 Frank Wanlass 于 1963 年通过使用一对互补的四端增强型 MOSFET 发明 CMOS 技术时，Kahng 博士已经继续前进并结束了他对耗尽型 MOSFET 的研究工作。十年后开发 SPICE 时，它的成功只是再次证实了耗尽型 MOSFET 是三端线性器件的误解，与增强型 MOSFET 不相上下。

2007 年，作者终于发现了针对耗尽型 MOSFET 的偏压，并通过引入四端耗尽型 MOSFET 进行了纠正。通过额外的衬底端子在衬底中创建反向偏置的 PN 结来划分传导通道，使传导通道的夹断成为可能，允许耗尽型 MOSFET 用作数字开关，最终 CMOS 正逻辑技术得以实现。出生。

从耗尽型 MOSFET 中发现正逻辑操作在三个方面具有重要意义。首先，即使在没有 ESD 保护的情况下处理 CMOS 产品，它们也可以从本质上安全地免受 ESD 事件造成的损坏。其次，同相缓冲器和1T存储单元可以为SRAM和DRAM节省一半的成本。最后，由于在耗尽型 MOSFET 导通电流时，栅极控制电压始终与导通沟道具有相同的电位，因此在 2004 年至 2009 年期间阻碍摩尔定律的增强型 MOSFET 的栅极漏电流突然消失，无论其间的绝缘体有多薄。栅极和传导通道已成为。摩尔定律又回来了!

对于增强型 MOSFET，当它导通电流时，栅极的电位总是与导电沟道的电位相反;因此，栅极下方的绝缘体必须承受很大的电位差。随着缩放的进行，通过越来越薄的绝缘体的漏电流只会变得更糟，成为它的致命弱点。

耗尽型 MOSFET 的实现与增强型 MOSFET 非常相似，只是需要在栅极下方的绝缘体下方注入浅导电沟道，以便可以轻松夹断导电沟道。然而，浅导电沟道限制了要注入的载流子的数量，并延迟了耗尽型 MOSFET 的切换。为了克服这个困难，耗尽型 MOSFET 的传导通道通常构建在一个又高又薄的 3D 结构中，这样它就可以尽可能地被栅极包围，同时提供尽可能多的载流子。

此外，为耗尽型 MOSFET 建立 SPICE 模型的源极引脚分配规则也应根据夹断的发生而改变。传统上，耗尽型 MOSFET 的源极管脚分配遵循与增强型 MOSFET 相同的规则，根据载流子的感应;因此，SPICE 只能将耗尽型 MOSFET 模拟为在增强模式下工作的线性器件。由于当耗尽型 MOSFET 在耗尽模式下工作时产生状态切换而不是感应载流子的是夹断，因此 SPICE 必须相应地分配源极引脚以将耗尽型 MOSFET 模拟为数字开关。

理论

传输特性可以更好地理解 MOSFET 的状态切换。包含所有四个 MOSFET 的传输特性：N 型增强型、N 型耗尽型、P 型增强型和 P 型耗尽型。MOSFET 的四种传输特性 自 1960 年以来就已为人所知。例如，以 N 型增强型 MOSFET 为例：当栅极控制电压 V GS为 0 V 时，不存在导通沟道且 I DS = 0。 A当栅极控制电压V GS 为+V时，将感应出由电子组成的传导通道以允许电流流过漏极和源极端子。在N型MOSFET的增强模式下，V GS 必须为正以感应带负电的电子以切换状态，因此源极端子必须连接到系统的最低电压以用于接地或基板。

但是对于P型增强型MOSFET，当栅极控制电压V GS 为-V时，会感应出一个由带正电的空穴组成的导电通道，让电流流过漏极和源极。换言之，在P型MOSFET的增强模式下，V GS 必须为负值才能切换状态，因此源极端子必须连接到系统的最高电压来供电。

载流子的感应是 SPICE 在执行仿真程序之前将源极引脚分配给所有 MOSFET 所遵循的规则。