MOS管的工作狀態(tài)以及NMOS管的I/V特性曲線

根據(jù)上一篇對CMOS工作原理的分析，我們可以將MOS管的工作狀態(tài)分為以下4個(gè)區(qū)域，以NMOS為例：

(1)截止區(qū)：

當(dāng)VGS

(2)線性區(qū)：

當(dāng)VGS>Vth, 且0

此時(shí)器件工作在線性區(qū)，有時(shí)也稱為三極管區(qū)，式中un為導(dǎo)電溝道中電子的遷移率。 Cox為單位面積的柵氧化層電容，tox為氧化層的厚度。 W和L分別為晶體管導(dǎo)電溝道的寬和長，VGS-Vth稱為過驅(qū)動電壓。

(3)飽和區(qū)：

當(dāng)VGS>Vth, 且VDS>VGS-Vth時(shí)，溝道電流ID為

隨著VDS增大，當(dāng)VGS-Vth=VDS時(shí)，漏極的反型層逐漸消失，出現(xiàn)預(yù)夾斷。 當(dāng)VDS繼續(xù)增大，這夾斷點(diǎn)向源端移動，最終形成由耗盡層構(gòu)成的夾斷區(qū)，MOS管進(jìn)入飽和區(qū)工作。 此時(shí)溝道兩端的電壓保持VDS-Vth，而VDS的增加部分降落到夾斷耗盡區(qū)內(nèi)，ID幾乎不變，達(dá)到最大。

(4)擊穿區(qū)

NMOS 管的漏極—襯底PN結(jié)由于VD過高被擊穿。

需要注意的是，對于PMOS器件來說，線性區(qū)和飽和區(qū)的漏極電流公式需要加負(fù)號，VGS，VDS和VGS-Vth都是負(fù)的。 由于空穴的遷移率是電子的一半，所以PMOS具有較低的“電流驅(qū)動”能力。 換句話說，在工程應(yīng)用中，只要有可能，我們應(yīng)該更加傾向于采用NFETs而不是PFETs。

NMOS管I/V特性曲線

這是NMOS管的I/V特性曲線，我們不難看出，

當(dāng)VGS < Vth時(shí)，導(dǎo)電溝道未形成，故處于截止區(qū)。

當(dāng)VGS >Vth, 且0 < VDS < VGS-Vth時(shí)，器件工作在線性區(qū)（三極管區(qū)）。

當(dāng)VGS >Vth, 且VDS > VGS-Vth時(shí)，溝道電流ID基本不隨VDS的變化而變化。此時(shí)器件工作在飽和區(qū)?？梢钥吹狡骷ぷ髟陲柡蛥^(qū)時(shí)，漏極電流最大。

當(dāng)VGS持續(xù)增大時(shí)，器件被擊穿。

MOSFET的跨導(dǎo)

跨導(dǎo)這個(gè)概念是怎么來的呢? 引入這個(gè)概念有什么意義呢?

由于在處理信號的過程中，我們要考慮電壓與電流的變化。 因此我們把這個(gè)參數(shù)定義為漏電流的變化量除以柵極電壓的變化量。 我們稱之為跨導(dǎo)(通常定義在飽和區(qū))，用gm表示。 跨到的單位是西門子(S)。

gm代表了器件的靈敏度，對于一個(gè)大的gm來講，VGS的微小的變化將會導(dǎo)致漏電流產(chǎn)生很大的變化。

結(jié)合在飽和區(qū)的漏電流的表達(dá)公式，gm也可以表示成這樣的表達(dá)式。 以上的每一個(gè)表達(dá)式，在研究gm隨某一個(gè)參數(shù)變化，其他參數(shù)保持恒定(控制變量)的特性都是有用的。

下期介紹MOS器件的二級效應(yīng)。