MOS管的靜態特性介紹（上）

目前MOSFET仍是數字集成電路廣泛使用的器件，根據MOS管的靜態模型，以NMOS為例，分析其電流電壓特性。 器件部分涉及到很多半導體物理、器件物理相關知識，暫不深入探究，MOS管的基本結構如圖所示。

<閾值電壓>

MOS管強反型發生時VGS的值稱為閾值電壓VT。

強反型的發生：假設源、漏均接地，當柵電壓開始為正時，與SiO2接觸的硅表面多子（空穴）減少； 當柵電壓升高，空間電荷區（也稱耗盡層）開始出現； 柵電壓繼續升高到硅表面的電勢達到臨界值，出現強反型，發生的電壓等于兩倍的費米電勢。

不同偏置條件下的閾值電壓：

參數γ稱為體效應（襯偏效應）系數，表明V某人的影響。 說明一點，源、漏極取決于兩邊電壓的高低，在反型后多子流出的稱為源極（Source），流入的稱為漏極（Drain）。

<電阻工作區>

假設V 一般事務人員 >V T ，在漏區和源區之間加上一個小電壓V DS 。

在溝道的x處，電壓為V(x)，柵至溝道的電壓為V 一般事務人員 -V(x)。 處于電阻工作區，電壓在整個溝道超過了閾值電壓，x點所感應出單位面積溝道電荷：

Qi（x） = –Cox [VGS – V（x） – VT]

式中，C牛為柵氧的單位面積電容。

電流是載流子的漂移速度un與存在電荷的乘積：

ID = –a（x）Qi（x）W

式中，W是垂直于電流方向的溝道寬度。 電子通過的速度與遷移率的參數mn和電場相關。

所以，聯合上面兩式，可以得出：

IDdx = unCoxW（VGS–V – VT）dV

MOS晶體管的輸出電流－電壓特性的經典薩氏方程：

kn'稱為工藝跨導參數，為：

當VDS值的值較小時，平方項可忽略，VDS和ID之間呈線性關系。

<飽和區>

漏源電壓進一步提高時，溝道全長中的部分電壓可能出現小于閾值電壓的情況：

此時導電溝道開始出現夾斷的現象，晶體管處于飽和區。 此時溝道上的夾斷點到源的電壓差固定為VGS-VT，電流保持穩定值（飽和），漏電流與控制電壓VGS之間存在平方關系：

溝道長度調制：在飽和模式下，增加VDS將使漏結的耗盡區加大，縮短了有效溝道的長度。

λ稱為溝長調制系數，一般與溝長成反比。

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