MOSFET的主要电学性能参数

MOSFET的主要电学性能参数

MOSFET的主要电学性能参数主要有七种： 1.阈值电压：

阈值电压也称为开启电压，是MOSFET的重要参数之一，其定义是使栅下的衬底表面开始发生强反型时的栅极电压，记为Vτ。在正常情况下，栅电压产生的电场控制着源漏间

沟道区内载流子的产生。使沟道区源端强反型时的栅源电压称为MOS管的阈值电压。

影响阈值电压的因素： a.栅氧化层厚度 b.衬底费米势 c.金属半导体功函数差 d.耗尽区电离杂质电荷密度

e.栅氧化层中的电荷面密度

阈值电压是MOSFET最重要的参数之一，要求精确的控制。在诸因素中，影响最大的是栅氧化层的厚度和衬底掺杂浓度，但这两个参量在很大的程度上会由其它设计约束事先确定。

2.饱和电压和饱和电流 MOSFET的饱和电压就是输出源-漏电流饱和时所对应的源-漏电压。源-漏电流饱和的状态也就是沟道在靠近漏极端处夹断了的状态。对于增强型MOSFET，源-漏电压VDS<(VGS-VT)时一定是非饱和状态（沟道未夹断），否则在VDS≥(VGS-VT)时一定为饱和状态（沟道夹断）；饱和电压就是VDsat=(VGS-VT)。对于耗尽型MOSFET，其饱和电压为VDsat=(VT-VGS)。

MOSFET的饱和电压即可给出一定栅极电压下的最大输出电流——饱和电流： 饱和电压(VGS-VT)的大小将直接影响到MOSFET的电压增益KVsat、截止频率fT和沟道渡越时间tch：

KVsat ∝ L/(VGS-VT) fT ∝ (VGS-VT)/L2 tch ∝ L2/(VGS-VT)

3. 亚阈值斜率S

亚阈值斜率S是表示MOSFET在亚阈区工作时，输出饱和电流（是少数载流子扩散电流）减小10倍时所需要改变的栅-源电压（单位是[mV/dec]）的大小。S的值愈小，器件的开关速度就愈快。因此S值的大小即反映了MOSFET在亚阈区）以及限制器件的温升。为了减小S值、提高MOSFET的亚阈区工作速度，就应当减小MOS栅极系统中界面态、降低衬底的掺杂浓度和加上一定的衬偏电压（以减小耗尽层电容）。

4. 跨导gm

MOSFET的跨导有栅极跨导和衬底跨导两个不同概念的参数。

①栅极跨导gm：

a.是表征栅-源电压对于输出漏极电流控制作用强弱的一个重要的参数，它反映了器件的小信号放大性能，希望越大越好。

b.栅极跨导与MOSFET的增益因子β=WμCox/L成比例，高跨导即要求大的栅极宽长比（W/L）、高的载流子迁移率μ和大的栅氧化层电容（即大的栅绝缘膜介电常数）。

c.线性区的栅极跨导与源漏电压VDS成正比：

gm ∝ β VDS

d.饱和区的栅极跨导最大，与饱和电压(VGS-VT)成正比： gm sat ∝ β (VGS-VT)

若把饱和区的栅极跨导改写为与饱和电流的关系，则在不同条件下具有不同的形式。对

于已经制作好的MOSFET，有

gm sat ∝ (IDsat)1/2

这时可以通过增大饱和电流来提高跨导。 对于将要设计的MOSFET，有

gm sat ∝ IDsat/(VGS-VT) ∝ (IDsat)1/2

据此即可根据饱和电压或者饱和电流的要求来设计器件的结构和材料参数。 ②衬底跨导：

是表征衬偏电压对源-漏电流控制能力大小的一个参数，也称为背栅跨导。MOSFET的衬偏电压引起沟道电阻增大、源-漏电流降低和栅极跨导减小等一系列的现象，统称为衬偏效应，这种效应也就相当于一个JFET的功能，希望越小越好。

5.导通电阻

导通电阻RON说明了VDS对ID的影响 ，是漏极特性某一点切线的斜率的倒数 ·在饱和区，ID几乎不随VDS改变，RON的数值很大 ，一般在几十千欧到几百千欧之间

·由于在数字电路中 ，MOS管导通时经常工作在VDS=0的状态下，所以这时的导通电阻RON可用原点的RON来近似

·对一般的MOS管而言，RON的数值在几百欧以内。

6.极间电容 ·三个电极之间都存在着极间电容：栅源电容CGS 、栅漏电容CGD和漏源电容CDS ·CGS和CGD约为1～3pF ·CDS约在0.1～1pF之间

7.低频噪声系数NF

·噪声是由管子内部载流子运动的不规则性所引起的 ·由于它的存在，就使一个放大器即便在没有信号输人时，在输 出端也出现不规则的电压或电流变化

·噪声性能的大小通常用噪声系数NF来表示，它的单位为分贝（dB） ·这个数值越小，代表管子所产生的噪声越小 ·低频噪声系数是在低频范围内测出的噪声系数 ·场效应管的噪声系数约为几个分贝，它比双极性三极管的要小

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