MOS管的直流電流-電壓特性

MOS管的直流電流-電壓特性

定量分析電流-電壓特性，一級(jí)效應(yīng)的6個(gè)假定：①漏區(qū)和源區(qū)的電壓降可以忽略不計(jì)；②在溝道區(qū)不存在復(fù)合-產(chǎn)生電流；③沿溝道的擴(kuò)散電流比由電場(chǎng)產(chǎn)生的漂移電流小得多；④在溝道內(nèi)載流子的遷移率為常數(shù)；⑤溝道與襯底間的反向飽和電流為零；⑥緩變溝道近似成立，即跨過(guò)氧化層的垂直于溝道方向的電場(chǎng)分量EX與溝道中沿載流子運(yùn)動(dòng)方向的電場(chǎng)分量EY無(wú)關(guān)。沿溝道方向電場(chǎng)變化很慢。4.3.1線性區(qū)的電流-電壓特性

溝道從源區(qū)連續(xù)地延伸到漏區(qū)電子流動(dòng)方向?yàn)閥方向U(y)溝道的三個(gè)參數(shù)：長(zhǎng)度L、寬度W和厚度d在溝道中的垂直方向切出一個(gè)厚度為dy的薄片來(lái)，阻值為：在該電阻上產(chǎn)生的壓降為：根據(jù)：因此引進(jìn)增益因子

當(dāng)UDS比較小時(shí)線性關(guān)系管的導(dǎo)通電阻

線性工作區(qū)的直流特性方程當(dāng)UDS很小時(shí)，IDS與UDS成線性關(guān)系。UDS稍大時(shí)，IDS上升變慢，特性曲線彎曲。（電壓除電流）4.3.2飽和區(qū)的電流-電壓特性漏-源電壓增加，溝道夾斷時(shí)（臨界）——IDS不在變化，進(jìn)入飽和工作區(qū)漏-源飽和電壓漏-源飽和電流繼續(xù)增加UDS，則溝道夾斷點(diǎn)向源端方向移動(dòng)，在漏端將出現(xiàn)耗盡區(qū)，耗盡區(qū)的寬度Xd隨著UDS的增大而不斷變大(耗盡區(qū)向左擴(kuò)展)；溝道漏端已夾斷的nMOSFET當(dāng)UDS增大時(shí)，將隨之增加。這時(shí)實(shí)際的有效導(dǎo)電溝道長(zhǎng)度已從L變?yōu)長(zhǎng)’，實(shí)際上工作區(qū)的電流不是不變的，對(duì)應(yīng)的漏-源飽和電流在N型溝道中運(yùn)動(dòng)的電子到達(dá)溝道夾斷處時(shí)，被漏端耗盡區(qū)的電場(chǎng)掃進(jìn)漏區(qū)形成電流；溝道調(diào)制系數(shù)溝道長(zhǎng)度調(diào)變效應(yīng)：漏-源飽和電流隨著溝道長(zhǎng)度的減小而增大的效應(yīng)。當(dāng)柵壓UGS稍微低于閾值電壓UT時(shí)，溝道處于弱反型狀態(tài)，流過(guò)漏極的電流并不等于零，這時(shí)的工作狀態(tài)處于亞閾值區(qū)，流過(guò)溝道的電流稱為亞閾值電流。此時(shí)漏-源電流主要是擴(kuò)散電流：電流流過(guò)的截面積A

亞閾值電流4.3.3亞閾值區(qū)的電流-電壓特性n(x)為電子的濃度

根據(jù)電流連續(xù)性的變化，電子的濃度在溝道中的線性分布為：亞閾值電流是：近似方法有效溝道厚度指數(shù)變化當(dāng)柵極電壓低于閾值電壓時(shí)，電流隨柵極電壓呈指數(shù)變化。在亞閾值區(qū)，當(dāng)漏極電壓分別為0.1V及10V時(shí)，電流變化趨勢(shì)無(wú)明顯差別。柵壓（向下縱深）用柵極電壓擺幅S來(lái)標(biāo)志亞閾值特性，它代表亞閾值電流IDS減小一個(gè)數(shù)量級(jí)對(duì)應(yīng)的柵-源電壓UGS下降量;

當(dāng)管的柵氧化層厚度為570?，襯底摻雜濃度為5.6

1016cm

3時(shí)，使電流減小一個(gè)數(shù)量級(jí)所需的柵極電壓擺幅S為83mV（UBS=0V）、67mV（UBS=3V）及63mV（UBS

=10V）。Subthresholdswings

顯然，影響S的因素很多，二氧化硅的厚度，柵電容和襯底的雜質(zhì)濃度等。4.3.4擊穿區(qū)特性及擊穿電壓