MOS管i-v特性
一、实验目的
分析mos晶体管i-v特性分析
二、实验要求
了解结型场效应管和MOS管的工作原理、特性曲线及主要参数
三、实验内容
1、MOS器件的结构介绍
2、MOS的工作原理
3、i-v特性曲线
图1 原理图
1．特性曲线和电流方程
输出特性曲线
与结型场效应管一样,其输出特性曲线也可分为可变电阻区、饱和区、截止区和击穿区几部分。
转移特性曲线
转移特性曲线如图1(b)所示,由于场效应管作放大器件使用时是工作在饱和区(恒流区),此时i D几乎不随v DS而变化,即不同的v DS所对应的转移特性曲线几乎是重合的,所以可用v DS大于某一数值(v DS＞v GS-V T)后的一条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线.
i D与v GS的近似关系
与结型场效应管相类似。在饱和区内,i D与v GS的近似关系式为
( v GS＞V T )
式中I DO是v GS=2V T时的漏极电流i D。
2.参数
MOS管的主要参数与结型场效应管基本相同，只是增强型MOS管中不用夹断电压V P，而用开启电压V T表征管子的特性。
MOS管
1. 基本结构
原因：制造N沟道耗尽型MOS管时，在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正
离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子)，如图1(a)所示，因此即使v GS=0时，在这些正离子产生的电场作用下，漏－源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道)，只要加上正向电压v DS，就有电流i D。
如果加上正的v GS，栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸引来更多的电子，沟道加宽，沟道电阻变小，i D增大。反之v GS为负时，沟道中感应的电子减少，沟道变窄，沟道电阻变大，i D减小。当v GS负向增加到某一数值时，导电沟道消失，i D趋于零，管子截止，故称为耗尽型。沟道消失时的栅－源电压称为夹断电压，仍用V P表示。与N沟道结型场效应管相同，N沟道耗尽型MOS管的夹断电压V P也为负值，但是，前者只能在v GS<0的情况下工作。而后者在v GS=0，v GS>0，V P 电流方程：在饱和区内，耗尽型MOS管的电流方程与结型场效应管的电流方程相同，即 4.3.4各种场效应管特性比较 1，MOS管导通特性 导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。 NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。 PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC 时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱 动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS 。 3，MOS 开关管损失 MOS 在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS 两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS 管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。 导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。 I d s G S T D S V V V - ，NMOS 进入饱和区，此时源漏电流与Vds 无关，满足关系式 2()2n ox ds GS T W C I V V L μ=-，W 为NMOS 沟道宽度，L 为沟道长度，n μ为电子迁移率， T V 为阈值电压。跨导为()n ox m GS T W C g V V L μ=-，饱和区的跨导随着Vgs 的提高而增大，但由输出特性曲线可以看出在饱和区时，Ids 随着Vds 的增加有微弱的增加，这是因为有效沟道调制效应造成的结果。当GS T DS V V V - 时，sat V 向源端移动，即夹断点向源端移动，但夹断点的电压依然为sat GS T V V V =-，有效沟道长度减小，导致电阻减小，因此源漏电流才会有所增加，但在长沟道MOS 器件并不显著，但在短沟道且比较突出。 GS T DS V V V - 时，器件处于线性区21[()]2 n ox ds GS T DS DS W C I V V V V L μ=--， 四、实验总结 这次实验主要是通过cadence 软件来分析mos 晶体管的i-v 特性，在实验中不断地进行测试仿真，得到符合理论的MOS 晶体管i-v 特性，进一步加深了对MOS 晶体管的特性了解和熟悉了cadence 软件，提高了动手能力和解决问题的能力，这次实验收获很大。