有关MOSFET直流特性.ppt

1共源极输出特性曲线,图418增强型PMOST的共源极输出特性,加在栅源之间的电压为阶梯波，VT0，V10，按照漏极电流随漏源电压变化的规律，可以将它分成四个区域：,非饱和区：VGS=常数条件下，从VDS0开始，|ID|随|VDS|线性增加，|VDS|增大到一定数值以上时，|ID|上升速率逐渐变小。,饱和区：饱和指漏极电流不随漏源电压变化，但是实际器件的饱和都是不完全的，随|VDS|增加，|ID|略有上升，如图418所示。,1共源极输出特性曲线,图418增强型PMOST的共源极输出特性,击穿区：这是指|ID|急剧增加的区域。,亚阈值和截止区：亚阈值区是指|VGS|VT|，表面弱反型导电的区域，一般亚阈值电流都很小，所以在输出特性上难以将亚阈值区和截止区区分开。,有关MOSFET直流特性，主要围绕输出特性进行，其中包括：,i）非饱和区的电流-电压方程；ii）不完全饱和特性的产生机构；iii）漏源击穿特性；iV）亚阈值导电机理及特性描述。,线性区:VDS很小时，沟道近似为一个阻值与VDS无关的固定电阻，这时ID与VDS成线性关系，如图中的OA段所示。,输出特性曲线:VGSVT且恒定时VDSID曲线。可分为以下4段：,MOSFET的输出特性,MOSFET的输出特性,过渡区:随着VDS增大，漏附近的沟道变薄，沟道电阻增大，曲线逐渐下弯。当VDS增大到VDsat(饱和漏源电压)时，漏端处的可动电子消失，这称为沟道被夹断，如图中的AB段所示。线性区与过渡区统称为非饱和区，有时也统称为线性区。,击穿区当VDS继续增大到BVDS时，漏结发生雪崩击穿，或者漏源间发生穿通，ID急剧增大，如图中的CD段所示。,饱和区当VDSVDsat后，沟道夹断点左移，漏附近只剩下耗尽区。这时ID几乎与VDS无关而保持常数IDsat，曲线为水平直线，如图中的BC段所示。实际ID随VDS的增大略有增大，曲线略向上翘。,击穿区当VDS继续增大到BVDS时，漏结发生雪崩击穿，或者漏源间发生穿通，ID急剧增大，如图中的CD段所示。,沟道夹断区也是一种耗尽层，其中存在较高的电场，只要有载流子漂移到夹断区的边缘，很快就会被扫向漏极、并输出电流。因此，沟道的夹断不但不阻挡导电，相反的，而是能够更好地导电；只有当栅极电压使得沟道从头到尾都被夹断-整个沟道消失以后，器件才不能导电，即进入截止状态。,4种类型MOSFET的特性曲线小结,2非饱和区电流-电压方程,萨之唐(ChihTangSah)方程,推导萨方程的基本假定包括以下几方面：,衬底均匀掺杂。长沟进器件，沟道两端的边缘效应以及其它短沟道效应不起作用；沟道宽度远大于沟道长度，与沟道电流垂直方向上的两侧边缘效应也不予考虑。反型层内载流子迁移率等于常数。二氧化硅层电荷面密度QOX等于常数。忽略漏区、源区体电阻及电极接触电阻上的电压降。忽略源、漏pn结及场感应结的反偏漏电流。强反型近似条件成立。沟道导通对漂移电流通大于扩散电流。缓变沟道近似(GCA-GradualChannelApproximation)条件成立，即与Si/SiO2界面垂直方向电场强度的数值|Ex|远大于沟道电流流动方向上的电场强度数值|Ey|。一般d|Ex|/dxd|Ey|/dy,X）忽略表面耗尽区电荷面密度沿沟道电流流动方向的变化。,图4-19推导萨之唐方程的坐标系统,（4-60）,这就是著名的萨之唐方程。通常将命名为增益因子。,VDSVGS-VT时(即在线性区-linearregion),（462）,由此推出导通电阻：,W,n(x),它与tox也有关系,VDSVDsatVGS-VT时，沟道漏端Qn(L)=-CoxVGS-VT-V(L)0，沟道漏端夹断，进入饱和区(SaturationRegion)。,VDS超过VDsat以后，沟道夹断点的电势始终都等于VGS-VT。超过VDsat的那部分外加电压，即VDs-VDsat，降落在夹断区上。当（VDS-VDsat）增大时，夹断区长度L扩大，有效沟道长度L缩短。对于长沟道MOST，始终是L3kT/q时，Idsub不随VDS变化,其中,(3)若定义栅电压摆幅S,将Idsub表示式(4-124)式代入上述定义式得出,S=ln10*(kT/q)*n=2.3(kT/q)(1+CD/Cox)1+(Stox)/(xdMox),它代表Issub减少一个数量级对应的栅源电压下降量。S越小(lnIDsubVGS曲线斜率越大)，开关特性越好。,tox愈小则Cox愈大，n的数值小，因而S小。衬底掺杂越低以及衬偏压数值高都使CD小，所以S低。,(4)在沟道区进行离子注入掺杂后，因表面浓度的提高，使亚阈区转移特性斜率的倒数S增加，这对IC中用作开关是不利的。(S大，即使栅压的摆辐较大，也不能得到很小的截止电流),作业,4-3a画出n沟耗尽型GaAsMESFET转移特性曲线、并标出阈值电压VT，画出其输出特性曲线，并标出VGS值、临界饱和线、非饱和区、饱和区，给出VDsat、IDsat的