MOS晶体管的静态特性(一)

目前MOSFET仍是数字集成电路广泛使用的器件，根据MOS管的静态模型，以NMOS为例，分析其电流电压特性。 器件部分涉及到很多半导体物理、器件物理相关知识，暂不深入探究，MOS管的基本结构如图所示。

<阈值电压>

MOS管强反型发生时VGS的值称为阈值电压VT。

强反型的发生：假设源、漏均接地，当栅电压开始为正时，与SiO2接触的硅表面多子（空穴）减少； 当栅电压升高，空间电荷区（也称耗尽层）开始出现； 栅电压继续升高到硅表面的电势达到临界值，出现强反型，发生的电压等于两倍的费米电势。

不同偏置条件下的阈值电压：

参数γ称为体效应（衬偏效应）系数，表明V某人的影响。 说明一点，源、漏极取决于两边电压的高低，在反型后多子流出的称为源极（Source），流入的称为漏极（Drain）。

<电阻工作区>

假设V 一般事务人员 >V T ，在漏区和源区之间加上一个小电压V DS 。

在沟道的x处，电压为V(x)，栅至沟道的电压为V 一般事务人员 -V(x)。 处于电阻工作区，电压在整个沟道超过了阈值电压，x点所感应出单位面积沟道电荷：

Qi（x） = –Cox [VGS – V（x） – VT]

式中，C牛为栅氧的单位面积电容。

电流是载流子的漂移速度un与存在电荷的乘积：

ID = –a（x）Qi（x）W

式中，W是垂直于电流方向的沟道宽度。 电子通过的速度与迁移率的参数mn和电场相关。

所以，联合上面两式，可以得出：

IDdx = unCoxW（VGS–V – VT）dV

MOS晶体管的输出电流－电压特性的经典萨氏方程：

kn'称为工艺跨导参数，为：

当VDS值的值较小时，平方项可忽略，VDS和ID之间呈线性关系。

<饱和区>

漏源电压进一步提高时，沟道全长中的部分电压可能出现小于阈值电压的情况：

此时导电沟道开始出现夹断的现象，晶体管处于饱和区。 此时沟道上的夹断点到源的电压差固定为VGS-VT，电流保持稳定值（饱和），漏电流与控制电压VGS之间存在平方关系：

沟道长度调制：在饱和模式下，增加VDS将使漏结的耗尽区加大，缩短了有效沟道的长度。

λ称为沟长调制系数，一般与沟长成反比。