VVZ24-16io1作用下開始導電時的柵源電壓ocs叫做開啟電壓vt①。因此,當rcs場效應管工作于輸出特性線的截止區靠近橫坐標處),如圖5.1.3a所示。

可變電阻區和飽和區的形成機制,當pGs=ycs>vt,如圖5.1.2c所示,外加較小的1)Ds時,漏極電流0D將隨h)s上升迅速增大,與此相對應,反映在輸出特性上就如圖5.1,3a所示的0A段,輸出特性曲線的斜率較大。但隨著vDs上升,由于溝道存在電位梯度,因此溝道厚度是不均勻的:靠近源端厚,靠近漏端薄,即溝道呈楔形。當vDs增大到一定數值(例如tlcD=ucs-uds=yI),這時靠近漏端反型層消失,oDs繼續增加,將形成一夾斷區(反型層消失后的耗盡區),夾斷點向源極方向移動,如圖5.1.2d所示。值得注意的是,雖然溝道夾斷,但耗盡區中仍可有電流通過,只有將溝道全部夾斷,才能使JD=0。只是當oDs繼續增加時,rDs增加的部分主要降落在夾斷區,而降落在導電溝道上的電壓基本不變,因而h)s上升,JD趨于飽和,這時輸出特性曲線的斜率變為0,即由可變電阻區進人飽和區(見圖5.1.3a中的AB段)。我們常將這種夾斷稱為預夾斷。預夾斷的臨界條件為%l)=oGs^vDs=yT或

UDs=”cs_%。它也是可變電阻區與飽和區的分界點。

預夾斷臨界點軌跡vDS=uGS-uds=vT或uGD=vCs-vt

N溝道增強型MOs管輸出特性(a)vcs=ycs)vt和vGs(yr (b)輸出特性

y-r特性曲線及大信號特性方程,輸出特性及大信號特性方程,MOSFET的輸出特性是指在柵源電壓v cs一定的情況下,漏極電流JD與漏開啟電壓%的下標T為Threshold一詞的字頭。對于圖5.12所示襯底B與源極s連在一起,即t:s=0時的開啟電壓稱為零襯偏開啟電壓,也常用h。表示,以示區別。此外,有的教材也用

vgs(th)表示開啟電壓。

源電壓vDs之間的關系,即vcs=常數

圖5.1.3b所示為一N溝道增強型MOs管完整的輸出特性。因為vGD=vts-vDs=vt是預夾斷的臨界條件,據此可在輸出特性上畫出預夾斷軌跡,如圖5.1.3b中左邊的虛線所示。顯然,該虛線也是可變電阻區和飽和區的分界線。現分別對三個區域進行討論。

截止區,當vGs(%時,導電溝道尚未形成,uD=0,為截止工作狀態。

可變電阻區在可變電阻區內

us≤(%s-h)          (5・1・1)

其y~r特性可近似表示為

iD=Kn[2(vts―h)vDs一vts]       (5.1.2)

其中     Kn=n・f=uh(f)    (5.⒈3)

式中本征導電因gu=unC。x(通常情況下為常量),un是反型層中電子遷移率,C。x為柵極(與襯底間)氧化層單位面積電容①,電導常數Kn的單位是mA/V2。在特性曲線原點附近,因為vDs很小,可以忽略吒s,式(5,1,2)可近似為

JD≈2Kn(°Gs-h)v Ds         (5.1.4)

由此可以求出當vcs一定時,在可變電阻區內,原點附近的輸出電阻rds。為式(5,1,5)表明,rds。是一個受oGs控制的可變電阻。

飽和區(恒流區又稱放大區),當v cs≥%,且vDs≥v cs-%時,MOSFET已進人飽和區。由于在飽和區內,可近似看成iD不隨vDs變化。因此,將預夾斷臨界條件0Ds=V Gs-%代入式(5.1.2),便得到飽和區的y~f特性表達式

jD=Kn(%s-yT)2=Kn9;(u-1)=JDo(j-1) (⒌⒈6)

式中rDo=Knj,它是vs=2%時的JD。

轉移特性,電流控制器件BJT的工作性能,是通過它的輸人特性和輸出特性及一些參

Cox=氧化物介電常數ε。x/氧化物的厚度xo對于硅器件,ε。x=(3.9)

(8.85×10^14)F/cm。

有關這方面的內容,可參閱:[美]Donald A.Neamen著.趙桂欽,卜艷萍譯.電子電路分析與設計.北京:電子工業出版社,2003~第201頁。

數來反映的。FET是電壓控制器件,它除了用輸出特性及一些參數來描述其性能外,由于柵極輸入端基本上沒有電流,故討論它的輸人特性是沒有意義的。所謂轉移特性是在漏源電壓tL)s一定的條件下,柵源電壓vcs對漏極電流JD的

控制特性,即(JI)=r(vcs)||rDs=常數

由于輸出特性與轉移特性都是反映FET工作的同一物理過程,所以轉移特性可以直接從輸出特性上用作圖法求出。例如,在圖5.1.3b的輸出特性中,作%s=10Ⅴ的一條垂直線,此垂直線與各條輸出特性曲線的交點分別為A、B、C、D和E,將

上述各點相應的jD及ocs值畫在藝D-%s的直角坐標系中,就可得到轉移特性JD=r(ocs)|rDs=lO v’如圖5.1.4所示。

由于飽和區內,JD受t)Ds的影響很小,因此,在飽和區內不同`,Ds下的轉移特性基本重合。

Kn=-2u

2×3×10ˉ4cm

= 249275 ×10^9F/`廠 .s ≈o.249 ×10-3F

=0.249×10^kn~=。.249×10ˉ3其=0.249 mA/V2

當ucs=2%時,由式(5.1.6)得

JD=Kn(vGs-7T)2 =0.249×(1.5-0.75)2 mA=0.14 mA

圖5.1.4 由圖5.1.3作出的轉移特性

此外,轉移特性也可由式(5,1.6)畫出。由式(5.1.6)可知,這是一條二次曲線,而BJT的輸人特性,jc與I:E的關系是指數關系。故MOs管的轉移特性比BJT輸入特性的線性要好些。

例5,1,1 設N溝道增強型MOs管的參數為%=0,75Ⅴ,∥=30 um,E=3 um,un=650 cm2/Ⅴ・s,(7。x=76.7×10ˉ9F/cm2,~且ucs=2 yT,MOSFET工作在飽和區。試計算此時場效應管的工作電流JD。

解:由式(5.1.3)可確定電導參數值為

30 ×^4 crn~×650c1・n2/Ⅴ・s×76.7×10^9F/cm2

vDs=10V

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