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非门电路的晶体管为什么p型晶体管的地基要高一块？

24 2025-07-15 17:09

在CMOS非门（即反相器）中，P型晶体管（PMOS）的“地基”（准确说是衬底或基体，Bulk/Body）需要接到最高电位（VDD），而不是“高一块”。这看起来像是“地基抬高”，但实际上是出于防止寄生结构导通和保证器件正常工作的考虑。

✅ 原因详解：

1. 防止寄生二极管导通

PMOS的衬底是N型半导体，与源极（P+掺杂）形成一个PN结（即寄生二极管）。
如果衬底电位低于源极（VDD），这个PN结会正向偏置，导致电流从源极流向衬底，造成漏电甚至闩锁（latch-up）。
因此，必须将PMOS的衬底接到最高电位（VDD），使PN结始终反偏，阻断寄生电流。

2. 保证阈值电压稳定

MOS管的阈值电压（Vth）受**衬底偏置效应（Body Effect）**影响。如果衬底与源极电位不同，Vth会升高，导致开关速度变慢。
将PMOS衬底接VDD，使其与源极同电位（PMOS的源极接VDD），可消除体效应，保持稳定的Vth。

3. CMOS工艺的阱结构

在CMOS工艺中，PMOS通常做在**N阱（N-well）**中，而N阱必须接最高电位（VDD），以隔离PMOS与P型衬底（接地）。
如果N阱接地，会与P型衬底形成正偏PN结，导致芯片功能失效。

📌 对比NMOS：

NMOS的衬底（P型）必须接最低电位（GND），原因类似：
- 防止源极（N+）与衬底（P型）的PN结正偏。
- 避免体效应。

🎯 总结一句话：

PMOS的衬底接VDD是为了防止寄生二极管导通，消除体效应，并符合CMOS工艺的N阱偏置要求。

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