MOS的基本物理特性-以Nmos为例

1. N-MOSFET的结构

   

   Nmos结构图如上所示，其关键工艺参数如下表：

   

2. 阈值电压Vth
   ●定义：在MOS管导通的同时，源漏之间形成导通沟道（反型层），使沟道刚刚形成的栅-源电压称为阈值电压或开启电压Vth。
   PS：NMOS阈值电压在半导体物理学（微观）中，通常定义为：界面的电子浓度等于P型衬底的多子浓度时的栅压。表达式为：

   

   

●MOS工作状态有3种：截止、可变电阻区、恒流

1. MOSFET的I/V特性曲线
   ●曲线推导会使用到的公式：

   

PS:公式2为只加入栅极电压时的沟道电荷密度，它是均匀的；公式3在公式2基础上加入了漏极电压，此时沟道电势从源极的0V变化到漏极的VD，故栅与沟道之间的局部电压差从靠近源端的VG变化到靠近漏端的（VG-VD），大致工作情况如下图：

根据以上公式，结合边界条件V(0)=0和V(L)=VD推出；漏电流I_D与电压V_DS的关系（可变电阻区/三极管区）：

从函数中可以知道：V_DS在（V_GS-Vth)时，I_D最大，此时这个电压称为“过驱动电压”，当V_DS <过驱动电压时，器件工作在可变电阻区/三极管区。 当V_DS远远小于2(V_GS-Vth)时，称器件工作在深三极管区，此时源漏间通道可近似为一个电阻。

当V_DS >（V_GS-Vth)时，MOS会进入饱和区，会出现沟道夹断，还是使用以上5个推导公式，只是积分范围改变，最后得出，饱和区漏极电流为：

由等式可知，I_D与V_DS大小无关，将此称为器件呈现“平方律”特性。

综上，最后得出NMOS的输出特性曲线：