晶体管原理课件

1、关于晶体管原理第一张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 推导时采用如下假设： 沟道电流只由漂移电流构成，忽略扩散电流； 采用缓变沟道近似，即：这表示沟道厚度沿 y 方向的变化很小，沟道电子电荷全部由感应出来而与 无关； 附：泊松方程 VD 5.3.1 非饱和区直流电流电压方程第二张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 沟道内的载流子（电子）迁移率为常数； 采用强反型近似，即认为当表面少子浓度达到体内平衡多子浓度（也即 S = S,inv ）时沟道开始导电； QOX 为常数，与能带的弯曲程度无关。 第三张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 当在漏极上加 VD VS 后，产生漂移电

2、流， 式中， 代表沟道内的电子电荷面密度。 1、漏极电流的一般表达式 （5-36）第四张，PPT共二十四页，创作于2022年6月（5-37）（5-36）第五张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 当 VG VT 后，沟道中产生的大量电子对来自栅电极的纵向电场起到屏蔽作用，所以能带的弯曲程度几乎不再随 VG 增大 ，表面势 S 也几乎维持 S,inv 不变。于是， 2、沟道电子电荷面密度 Qn QAQMQn第六张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 当外加 VD ( VS ) 后，沟道中将产生电势 V ( y ) ，V (y) 随 y 而增加，从源极处的 V (0) = VS 增加到漏极

3、处的 V (L) = VD 。这样 S,inv 、xd 与 QA 都成为 y 的函数，分别为： 将上面的 S,inv 和 QA 代入沟道电子电荷面密度 Qn 后，可知 Qn 也成为 y 的函数，即：第七张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 将 Qn 代入式（5-37） 对上式可进行简化。 3、漏极电流的精确表达式 并经积分后得：第八张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 将 Qn 中的 在 V = 0 处用级数展开， 当只取一项时， 当 VS = 0 ，VB = 0 时，可将 VD 写作 VDS ，将 VG 写作 VGS ，则 Qn 成为： 4、漏极电流的近似表达式 第九张，PPT共

4、二十四页，创作于2022年6月 将此 Qn 代入式（5-37）的 ID 中，并经积分后得：（5-50）第十张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 再将 写作 ，称为 MOSFET 的 增益因子，则 式（5-51）表明，ID 与 VDS 成 抛物线关系，即： 式（5-51）只在抛物线的左半段有物理意义。IDsatIDVDSVDsat0（5-51）第十一张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 此时所对应的漏极电流称为 饱和漏极电流 IDsat ， 这一点正好是抛物线的顶点。所以 VDsat 也可由令而解出。 由 Qn 的表达式可知，在 y = L 的漏极处， 可见 | Qn(L) | 是随

5、 VDS 增大而减小的。当 VDS 增大到被称为 饱和漏源电压 的 VDsat 时，Qn ( L ) = 0 ，沟道被夹断。显然，（5-52）（5-53）第十二张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 当 VDS VD sat 后，简单的处理方法是从抛物线顶点以水平方向朝右延伸出去。 以不同的 VGS 作为参变量，可得到一组 ID VDS 曲线，这就是 MOSFET 的输出特性曲线。第十三张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 对于 P 沟道 MOSFET，可得类似的结果， 式中， 以上公式虽然是近似的，但因计算简单，在许多场合得到了广泛的应用。第十四张，PPT共二十四页，创作于2022

6、年6月 5、沟道中的电势和电场分布 将 代入式（5-36），得：（5-56） 令上式与式（5-51） 将上式沿沟道积分，可解得沟道中沿 y 方向的电势分布 V(y) 为相等，得到一个微分方程：第十五张，PPT共二十四页，创作于2022年6月式中， 对 V(y) 求导数可得到沟道中沿 y 方向的电场分布 Ey(y) 为 第十六张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 当 VDS = VDsat 时， = 0，yeff = L ，沟道电势分布和沟道电场分布分别成为 （5-59）（5-60） 6、漏极电流的一级近似表达式 当在 级数展开式中取前两项时，得：第十七张，PPT共二十四页，创作于2022

7、年6月式中， 以上公式与不对 做简化的精确公式已极为接近。 经类似的计算后可得：第十八张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 实测表明，当 VDS VDsat 后，ID 随 VDS 的增大而略有增大，也即 MOSFET 的增量输出电阻 不是无穷大而是一个有限的值。 5.3.2 饱和区的特性 通常采用两个模型来解释 ID 的增大。第十九张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 当 VDS VDsat 后，沟道中满足 V = VDsat 和 Qn = 0 的位置向左移动 L，即： 1、有效沟道长度调制效应 已知当 VDS = VDsat 时，V (L) = VDsat ，Qn (L) = 0

8、 。 这意味着有效沟道长度缩短了。第二十张，PPT共二十四页，创作于2022年6月L0yVDsatV(y)L图中，曲线 代表 VDS VDsat 而 V ( L - L ) = VDsat 。 第二十一张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 当 VDS VDsat 后，可以将 VDS 分为两部分，其中的 VDsat 降在有效沟道长度 ( L - L ) 上，超过 VDsat 的部分 ( VDS - VDsat ) 则降落在长度为 L 的耗尽区上。根据耗尽区宽度公式可计算出 L 为： 由于 ，当 L 缩短时，ID 会增加。第二十二张，PPT共二十四页，创作于2022年6月 若用 IDsat 表示当 VDS VDs