MOSFET結(jié)構(gòu)

MOS結(jié)構(gòu)加上一對(duì)背靠背的PN結(jié)，就構(gòu)成一個(gè)MOSFET。如果MOS結(jié)構(gòu)在零柵壓時(shí)半導(dǎo)體表面不是反型的，此時(shí)由于PN結(jié)的反向截止效果，源漏之間不會(huì)導(dǎo)通。當(dāng)外加?xùn)艍菏拱雽?dǎo)體表面反型時(shí)，源漏之間就有了導(dǎo)電的通路，稱(chēng)為溝道，根據(jù)溝道的載流子類(lèi)型，可分為N溝道和P溝道，像這種需要外加?xùn)艍翰拍苁箿系喇a(chǎn)生的MOSFET稱(chēng)為增強(qiáng)型，如果在零柵壓時(shí)溝道已經(jīng)存在的則稱(chēng)為耗盡型。

電流-電壓關(guān)系

以N溝道增強(qiáng)型MOSFET為例，加一小于閾值電壓的柵源電壓以及一非常小的漏源電壓。源和襯底(或稱(chēng)體區(qū))接地。這種情況，沒(méi)有電子反型層，漏到襯底的PN結(jié)是反偏的，漏電流近似為零。

當(dāng)柵壓大于閾值電壓時(shí)，反型層產(chǎn)生，電子從源極通過(guò)溝道流向漏極（忽略柵氧電流）。

對(duì)于較小的VDS，溝道區(qū)類(lèi)似電阻

溝道電導(dǎo)為

μn為反型層中的電子遷移率，Qn為單位面積的反型層電荷數(shù)量（跟柵壓有關(guān)）。假設(shè)遷移率為常數(shù)，則MOS晶體管的工作機(jī)理為柵壓對(duì)溝道電導(dǎo)的調(diào)制作用。

當(dāng)VDS增大時(shí)，由于漏電壓增大，漏端附近的氧化層壓降減小，意味著反型層電荷密度減小。漏端的溝道電導(dǎo)減小，從而ID-VDS的特性曲線斜率減小。當(dāng)VDS增大到漏端的氧化層壓降等于VT時(shí)，漏極處的反型層電荷密度為零。此時(shí)漏極處的電導(dǎo)為零，意味著ID-VDS的特性曲線斜率為零。在漏極處產(chǎn)生零反型層電荷密度的漏源電壓為

當(dāng)VDS繼續(xù)增加時(shí)，溝道中反型電荷為零的點(diǎn)移向源端。這時(shí)，電子從源端進(jìn)入溝道流向漏端。在電荷為零的點(diǎn)處，電子被注入耗盡區(qū)，被電場(chǎng)推向漏端。假設(shè)溝道長(zhǎng)度的變化不大，那么漏電流就為一常數(shù)。

N溝道MOSFET的理想電流-電壓關(guān)系為

飽和區(qū)

襯底偏置效應(yīng)

襯底偏置效應(yīng)，又稱(chēng)為體效應(yīng)，背柵效應(yīng)。在前面討論閾值電壓時(shí)，我們都是假定襯底接地，電勢(shì)為零，但是如果襯底電勢(shì)不為零，那么反型時(shí)的表面電勢(shì)需要加上一個(gè)偏移量，就是源到襯底的電勢(shì)差VSB。

表面電勢(shì)提高了VSB，那么閾值電壓要偏移多少呢？襯底偏壓會(huì)導(dǎo)致耗盡區(qū)電荷密度的減小，于是需要更大的柵電壓來(lái)獲得和襯底電勢(shì)為零時(shí)同樣多的耗盡區(qū)電荷密度。

閾值電壓的偏移量就只需考慮和電荷密度相關(guān)的這一項(xiàng)