MOSFET 的 I / V 特性曲线

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MOSFET

线性区（三极管区，\(V_{DS} \leq V_{GS} - V_{TH}\))

\[I_{D} = \mu_{n} C_{ox} {W \over L} [(V_{GS} - V_{TH}) V_{DS} - {1 \over 2} V_{DS}^2] \]

\(\mu_{n} C_{ox}\) 是一个常数，与工艺相关，单位 \(A / V^2\)

• 延伸 1
  \(\mu_{n} C_{ox} = \mu_{0}{\epsilon_{ox} \over t_{ox}}\)

  • \(\mu_{0}\) 为载流子迁移率
  • \(\epsilon_{ox}\) 为 \(SiO_{2}\) 介电常数：\(3.9 \times (8.85 \times 10^{-12}) F/m\)
  • \(t_{ox}\) 为栅氧厚度

• 延伸 2
  \(\epsilon_{ox} = {\epsilon_{0} \times \epsilon_{r}}\)

  • \(\epsilon_{0}\) 为真空绝对介电常数： \(8.85 \times 10^{-12} F/m\)
  • \(\epsilon_{r}\) 为 \(SiO_{2}\) 的相对介电常数值：\(3.9\)

在 \(V_{DS} = V_{GS} - V_{TH}\) 时，\(I_{D}\) 达到峰值：

\[I_{D\_max} = {1 \over 2} \mu_{n} C_{ox} {W \over L} (V_{GS} - V_{TH})^2 \]

而当 \(V_{DS} << 2(V_{GS} - V_{TH})\) ，则\({I / V}\)特性曲线会更加接近直线，不考虑 \({1 \over 2} V_{DS}^2\)，则有：

\[I_{D} = \mu_{n} C_{ox} {W \over L} (V_{GS} - V_{TH}) V_{DS} \]

此时称为深三极管区，如一个可控的线性电阻，导通电阻为：

\[R_{DS\_on} = {1 \over \mu_{n} C_{ox} \ \ {W \over L} \ (\ V_{GS} - V_{TH}\ \ )} \]

饱和区（\(V_{DS} > V_{GS} - V_{TH}\))

饱和区顾名思义 \(I_{D}\) 不再增大，但实际还是会增大的，只是 \(I_{D}\) 随着 \(V_{DS}\) 的变化会变得非常缓慢而相对恒定。

\[I_{D} \approx I_{D\_max} = {1 \over 2} \mu_{n} C_{ox} {W \over L} (V_{GS} - V_{TH})^2 \]

随着 \(V_{DS}\) 继续增大反型层会在达到 Drain 端前终止，表现为 \(L_{eff} < L\)。