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場效應管伏安特性曲線計算方法與原理-場效應管主要參數-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-05-30 

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場效應管伏安特性曲線

場效應管伏安特性曲線(IV 曲線),即電流-電壓曲線。這里的電壓指的是源漏偏壓,電流指的是漏電極電流。IV 曲線是雙電極器件體系性能模擬的主要目的。


場效應管的特性曲線類型比較多,根據導電溝道的不同以及是增強型還是耗盡型可有四種轉移特性曲線和輸出特性曲線,其電壓和電流方向也有所不同。如果按統一規定的正方向,特性曲線就要畫在不同的象限。為了便于繪制,將P溝道管子的正方向反過來設定。有關曲線繪于下圖之中。


場效應管伏安特性曲線


場效應管伏安特性曲線計算方法
場效應管伏安特性曲線計算原理

IV 曲線通過計算不同偏壓下的電流得到。特定偏壓Vb下的電流I可以由下求得:


場效應管伏安特性曲線


其中分別為左右電極平衡態時的費米能級和費米分布。


積分限的確定。由于費米分布在-∞、+∞很快趨近于 0 和 1,而在費米能級處呈臺階狀,因此實際積分的范圍可以確定為:


場效應管伏安特性曲線


之所以增加nkBT是為了考慮費米分布的寬度。


T(E;Vb)為電子透射概率函數譜,表示不通能量的電子透射的概率。注意到,一般情況下,T(E)的形狀依賴于偏壓Vb(見下圖),因此通過自洽的非平衡態格林函數方法可以更好的計算電流。如果忽略T(E)對偏壓Vb的依賴,則可以通過零偏壓下的平衡態透射譜計算線性響應電流。


場效應管伏安特性曲線


左圖為零偏壓下的透射譜;右圖為透射譜隨偏壓的變化圖,兩條直線標記的是偏壓窗口。注意右圖中零偏壓處與左圖的對應關系。


自洽的非平衡態格林函數方法

QuantumATK默認采用自洽的非平衡態格林函數(NEGF)方法計算非零偏壓下的電流,此時體系的電子態處于非平衡態。


由于這時考慮了透射譜形狀隨偏壓的變化,因此如下所示的體系出現了負微分電阻(NDR)效應。


場效應管伏安特性曲線


線性響應電流

另一種計算電流的方法是僅計算零偏壓下的電子透射譜曲線,而后在同一條曲線上通過改變積分偏壓窗口求得不同的偏壓下的電流。由于電子透射譜在全能量范圍里始終為正,因此無法出現預期的 NDR 效應。上述體系的線性響應電流如下圖。


場效應管伏安特性曲線


場效應管伏安特性曲線-各種場效應管特性比較


場效應管伏安特性曲線


場效應管的主要參數

① 開啟電壓VGS(th) (或VT)

開啟電壓是MOS增強型管的參數,柵源電壓小于開啟電壓的絕對值,場效應管不能導通。


② 夾斷電壓VGS(off) (或VP)

夾斷電壓是耗盡型FET的參數,當VGS=VGS(off) 時,漏極電流為零。


③ 飽和漏極電流IDSS

耗盡型場效應三極管,當VGS=0時所對應的漏極電流。


④ 輸入電阻RGS

場效應三極管的柵源輸入電阻的典型值,對于結型場效應三極管,反偏時RGS約大于107Ω,對于絕緣柵場型效應三極管,RGS約是109~1015Ω。


⑤ 低頻跨導gm

低頻跨導反映了柵壓對漏極電流的控制作用,這一點與電子管的控制作用十分相像。gm可以在轉移特性曲線上求取,單位是mS(毫西門子)。


⑥ 最大漏極功耗PDM

最大漏極功耗可由PDM=VDS ID決定,與雙極型三極管的PCM相當。


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