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。
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)。
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。
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。

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