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MOS管的直流电流-电压特性
MOS管的直流电流-电压特性
定量分析电流-电压特性，
一级效应的6个假定：
① 漏区和源区的电压降可以忽略不计；
② 在沟道区不存在复合-产生电流；
③ 沿沟道的扩散电流比由电场产生的漂移电流小得多；
④ 在沟道内载流子的迁移率为常数；
⑤ 沟道与衬底间的反向饱和电流为零；
⑥ 缓变沟道近似成立，即跨过氧化层的垂直于沟道方向的电场分量EX与沟道中沿载流子运动方向的电场分量EY无关。沿沟道方向电场变化很慢。
4.3.1 线性区的电流-电压特性
沟道从源区连续地延伸到漏区
电子流动方向为y方向
U (y)
沟道的三个参数：长度L、宽度W和厚度d
在沟道中的垂直方向切出一个厚度为dy的薄片来，阻值为：
在该电阻上产生的压降为：
根据：
因此
引进 增益因子
当UDS比较小时
线性关系
管的导通电阻
线性工作区的直流特性方程
当UDS很小时，IDS与UDS成线性关系。
UDS稍大时，IDS上升变慢，特性曲线弯曲。
（电压除电流）
4.3.2 饱和区的电流-电压特性
漏-源电压增加，沟道夹断时（临界）——IDS不在变化，进
入饱和工作区
漏-源饱和电压
漏-源饱和电流
继续增加UDS，则沟道夹断点向源端方向移动，在漏端将出现耗尽区，耗尽区的宽度Xd 随着UDS的增大而不断变大(耗尽区向左扩展 )；
沟道漏端已夹断的nMOSFET
当UDS增大时，将随之增加。
这时实际的有效导电沟道长度已从L变为L’ ，
实际上工作区的电流不是不变的，对应的漏-源饱和电流
在N型沟道中运动的电子到达沟道夹断处时，被漏端耗尽区的电场扫进漏区形成电流；
沟道调制系数
沟道长度调变效应：漏-源饱和电流随着沟道长度的减小而增大的效应。
当栅压UGS稍微低于阈值电压UT时，沟道处于弱反型状态，流过漏极的电流并不等于零，这时的工作状态处于亚阈值区，流过沟道的电流称为亚阈值电流。此时漏-源电流主要是扩散电流：
电流流过的截面积A
亚阈值电流
4.3.3 亚阈值区的电流-电压特性
n(x) 为电子的浓度
根据电流连续性的变化，电子的浓度在沟道中的线性
分布为：
亚阈值电流是：
近似方法
有效沟道厚度
指数变化
当栅极电压低于阈值电压时，电流随栅极电压呈指数变化。
在亚阈值区，当漏极电压分别为0.1 V及10 V时，电流变化趋势无明显差别。
栅压
（向下纵深）
用栅极电压摆幅S来标志亚阈值特性，它代表亚阈值电流IDS减小一个数量级对应的栅-源电压UGS下降量;
当管的栅氧化层厚度为570 ，衬底掺杂浓度为5.6 1016 cm 3时，使电流减小一个数量级所需的栅极电压摆幅S为83 mV（UBS = 0 V）、67 mV（UBS=3 V）及63 mV（UBS = 10 V）。
Subthreshold swings
显然，影响S的因素很多，二氧化硅的厚度，栅电容和衬底的杂质浓度等。
4.3.4 击穿区特性及击穿电压
两种不同的击穿机理解释：
1、漏区与衬底之间PN结的雪崩击穿；
2、漏和源之间的穿通。
击穿原因:
BUDS
漏-源击穿电压

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