MOSFET結構解析(2)

MOSFET結構

MOS結構加上一對背靠背的PN結，就構成一個MOSFET。如果MOS結構在零柵壓時半導體表面不是反型的，此時由于PN結的反向截止效果，源漏之間不會導通。當外加柵壓使半導體表面反型時，源漏之間就有了導電的通路，稱為溝道，根據溝道的載流子類型，可分為N溝道和P溝道，像這種需要外加柵壓才能使溝道產生的MOSFET稱為增強型，如果在零柵壓時溝道已經存在的則稱為耗盡型。

電流-電壓關系

以N溝道增強型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(或稱體區)接地。這種情況，沒有電子反型層，漏到襯底的PN結是反偏的，漏電流近似為零。

當柵壓大于閾值電壓時，反型層產生，電子從源極通過溝道流向漏極（忽略柵氧電流）。

對于較小的VDS，溝道區類似電阻

溝道電導為

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量（跟柵壓有關）。假設遷移率為常數，則MOS晶體管的工作機理為柵壓對溝道電導的調制作用。

當VDS增大時，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。漏端的溝道電導減小，從而ID-VDS的特性曲線斜率減小。當VDS增大到漏端的氧化層壓降等于VT時，漏極處的反型層電荷密度為零。此時漏極處的電導為零，意味著ID-VDS的特性曲線斜率為零。在漏極處產生零反型層電荷密度的漏源電壓為

當VDS繼續增加時，溝道中反型電荷為零的點移向源端。這時，電子從源端進入溝道流向漏端。在電荷為零的點處，電子被注入耗盡區，被電場推向漏端。假設溝道長度的變化不大，那么漏電流就為一常數。

N溝道MOSFET的理想電流-電壓關系為

飽和區

襯底偏置效應

襯底偏置效應，又稱為體效應，背柵效應。在前面討論閾值電壓時，我們都是假定襯底接地，電勢為零，但是如果襯底電勢不為零，那么反型時的表面電勢需要加上一個偏移量，就是源到襯底的電勢差VSB。

表面電勢提高了VSB，那么閾值電壓要偏移多少呢？襯底偏壓會導致耗盡區電荷密度的減小，于是需要更大的柵電壓來獲得和襯底電勢為零時同樣多的耗盡區電荷密度。

閾值電壓的偏移量就只需考慮和電荷密度相關的這一項