MOSFET结构解析(2)

MOSFET结构

MOS结构加上一对背靠背的PN结，就构成一个MOSFET。如果MOS结构在零栅压时半导体表面不是反型的，此时由于PN结的反向截止效果，源漏之间不会导通。当外加栅压使半导体表面反型时，源漏之间就有了导电的通路，称为沟道，根据沟道的载流子类型，可分为N沟道和P沟道，像这种需要外加栅压才能使沟道产生的MOSFET称为增强型，如果在零栅压时沟道已经存在的则称为耗尽型。

电流-电压关系

以N沟道增强型MOSFET为例，加一小于阈值电压的栅源电压以及一非常小的漏源电压。源和衬底(或称体区)接地。这种情况，没有电子反型层，漏到衬底的PN结是反偏的，漏电流近似为零。

当栅压大于阈值电压时，反型层产生，电子从源极通过沟道流向漏极（忽略栅氧电流）。

对于较小的VDS，沟道区类似电阻

沟道电导为

μn为反型层中的电子迁移率，Qn为单位面积的反型层电荷数量（跟栅压有关）。假设迁移率为常数，则MOS晶体管的工作机理为栅压对沟道电导的调制作用。

当VDS增大时，由于漏电压增大，漏端附近的氧化层压降减小，意味着反型层电荷密度减小。漏端的沟道电导减小，从而ID-VDS的特性曲线斜率减小。当VDS增大到漏端的氧化层压降等于VT时，漏极处的反型层电荷密度为零。此时漏极处的电导为零，意味着ID-VDS的特性曲线斜率为零。在漏极处产生零反型层电荷密度的漏源电压为

当VDS继续增加时，沟道中反型电荷为零的点移向源端。这时，电子从源端进入沟道流向漏端。在电荷为零的点处，电子被注入耗尽区，被电场推向漏端。假设沟道长度的变化不大，那么漏电流就为一常数。

N沟道MOSFET的理想电流-电压关系为

饱和区

衬底偏置效应

衬底偏置效应，又称为体效应，背栅效应。在前面讨论阈值电压时，我们都是假定衬底接地，电势为零，但是如果衬底电势不为零，那么反型时的表面电势需要加上一个偏移量，就是源到衬底的电势差VSB。

表面电势提高了VSB，那么阈值电压要偏移多少呢？衬底偏压会导致耗尽区电荷密度的减小，于是需要更大的栅电压来获得和衬底电势为零时同样多的耗尽区电荷密度。

阈值电压的偏移量就只需考虑和电荷密度相关的这一项