4-3--MOSFET-的直流电流电压方程.pptVIP

4.3MOSFET的直流电流电压方程以N沟道MOSFET为例，推导MOSFET的ID~VD方程--------------------------SGD--------------------------xyzLWN+N+P衬底tOXVDVGIDQAQn强反型时的电荷分布栅电极栅氧化层P型半导体QnQGQOXQAQS=QA+Qn；QM=QG+QOXQG：金属栅上的面电荷密度QOX：栅绝缘层中的面电荷密度Qn：反型层中电子电荷面密度QA：半导体表面耗尽层中空间电荷面密度QSQM推导时采用如下假设①沟道电流只由漂移电流构成，忽略扩散电流；②垂直电场与水平电场是互相独立的采用缓变沟道近似，即：这表示沟道厚度沿y方向的变化很小，沟道电子电荷全部由感应出来而与无关；附：泊松方程VD4.3.1非饱和区直流电流电压方程③沟道内的载流子（电子）迁移率为常数；④采用强反型近似，即认为当表面少子浓度达到体内平衡多子浓度（也即?S=?S,inv）时沟道开始导电；⑤QOX为常数，与能带的弯曲程度无关。忽略沟道和衬底间的反向漏电流；忽略源极、漏极、沟道之间的接触电阻；考虑沟道杂质浓度均匀分布当在漏极上加VDVS后，沟道内产生Ey，产生电子漂移电流，式中，代表沟道内的电子电荷面密度。1、漏极电流的一般表达式（4-36）（4-37）（4-36）Qn：沟道电子电荷面密度当VGVT后，沟道中产生的大量电子对来自栅电极的纵向电场起到屏蔽作用，所以能带的弯曲程度几乎不再随VG增大，表面势?S也几乎维持?S,inv不变。2、沟道电子电荷面密度Qn栅电极栅氧化层P型半导体QnQGQOXQAQSQM当外加VD(VS)后，沟道中将产生电势。设沟道中某一点电位为V(y)。源极：V(0)=VS=0,漏极V(L)=VDS。?S,inv、xd与QA都成为y的函数，分别为:将上面的?S,inv和QA代入沟道电子电荷面密度Qn后，可知Qn也成为y的函数，即4-50N＋N＋PSGD夹断点|Qn(L)|是随VDS增大而减小的。当VDS增大到VDsat时，Qn(L)=0，沟道被夹断。（4-52）(饱和漏极电压)在y=L的漏极处将此Qn代入式（4-37）的ID中，并经积分后得其中称为MOSFET的增益因子（4-51）ID与VDS成抛物线关系左半段有物理意义IDsatIDVDSVDsat0VDsat也可由令（4-53）当VDSVDsat后，简单的处理方法是从抛物线顶点以水平方向朝右延伸出去。以不同的VGS作为参变量，可得到一组ID~VDS曲线，这就是MOSFET的输出特性曲线。对于P沟道MOSFET，可得类似的结果，式中，以上公式虽然是近似的，但因计算简单，在许多场合得到了广泛的应用。5、沟道中的电势和电场分布将代入式（4-36），得（4-56）令上式与式（4-51）将上式沿沟道积分，可解得沟道中沿y方向的电势分布V(y)为相等，得到一个微分方程，式中，对V(y)求导数可得到沟道中沿y方向的电场分布Ey(y)为当VDS=VDsat时，η=0，yeff=L，沟道电势分布和沟道电场分布分别成为（4-59）（4-60）实测表明，当VDSVDsat后