MOSFET 的 I / V 特性曲線


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MOSFET


線性區(三極管區,\(V_{DS} \leq V_{GS} - V_{TH}\))


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

\(\mu_{n} C_{ox}\) 是一個常數,與工藝相關,單位 \(A / V^2\)

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

    • \(\mu_{0}\) 為載流子遷移率
    • \(\epsilon_{ox}\)\(SiO_{2}\) 介電常數:\(3.9 \times (8.85 \times 10^{-12}) F/m\)
    • \(t_{ox}\) 為柵氧厚度
  • 延伸 2
    \(\epsilon_{ox} = {\epsilon_{0} \times \epsilon_{r}}\)

    • \(\epsilon_{0}\) 為真空絕對介電常數: \(8.85 \times 10^{-12} F/m\)
    • \(\epsilon_{r}\)\(SiO_{2}\) 的相對介電常數值:\(3.9\)

\(V_{DS} = V_{GS} - V_{TH}\) 時,\(I_{D}\) 達到峰值:

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



而當 \(V_{DS} << 2(V_{GS} - V_{TH})\) ,則\({I / V}\)特性曲線會更加接近直線,不考慮 \({1 \over 2} V_{DS}^2\),則有:

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



此時稱為深三極管區,如一個可控的線性電阻,導通電阻為:

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


飽和區(\(V_{DS} > V_{GS} - V_{TH}\))


飽和區顧名思義 \(I_{D}\) 不再增大,但實際還是會增大的,只是 \(I_{D}\) 隨着 \(V_{DS}\) 的變化會變得非常緩慢而相對恆定。

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


隨着 \(V_{DS}\) 繼續增大反型層會在達到 Drain 端前終止,表現為 \(L_{eff} < L\)


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