場(chǎng)效應(yīng)管伏安特性曲線計(jì)算方法與原理-場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-05-30
場(chǎng)效應(yīng)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(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線類型比較多，根據(jù)導(dǎo)電溝道的不同以及是增強(qiáng)型還是耗盡型可有四種轉(zhuǎn)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(tǒng)一規(guī)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(guò)來(lái)設(shè)定。有關(guān)曲線繪于下圖之中。
IV 曲線通過(guò)計(jì)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：
其中
分別為左右電極平衡態(tài)時(shí)的費(fèi)米能級(jí)和費(fèi)米分布。
積分限的確定。由于費(fèi)米分布在-∞、+∞很快趨近于 0 和 1，而在費(fèi)米能級(jí)處呈臺(tái)階狀，因此實(shí)際積分的范圍可以確定為：
之所以增加nkBT是為了考慮費(fèi)米分布的寬度。
T（E;Vb）為電子透射概率函數(shù)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(guò)自洽的非平衡態(tài)格林函數(shù)方法可以更好的計(jì)算電流。如果忽略T（E）對(duì)偏壓Vb的依賴，則可以通過(guò)零偏壓下的平衡態(tài)透射譜計(jì)算線性響應(yīng)電流。
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(biāo)記的是偏壓窗口。注意右圖中零偏壓處與左圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
QuantumATK默認(rèn)采用自洽的非平衡態(tài)格林函數(shù)（NEGF）方法計(jì)算非零偏壓下的電流，此時(shí)體系的電子態(tài)處于非平衡態(tài)。
由于這時(shí)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(xiàn)了負(fù)微分電阻（NDR）效應(yīng)。
線性響應(yīng)電流
另一種計(jì)算電流的方法是僅計(jì)算零偏壓下的電子透射譜曲線，而后在同一條曲線上通過(guò)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(wú)法出現(xiàn)預(yù)期的 NDR 效應(yīng)。上述體系的線性響應(yīng)電流如下圖。
① 開啟電壓VGS（th） （或VT）
開啟電壓是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對(duì)值，場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。
② 夾斷電壓VGS（off） （或VP）
夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VGS（off） 時(shí)，漏極電流為零。
③ 飽和漏極電流IDSS
耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管，當(dāng)VGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。
④ 輸入電阻RGS
場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵源輸入電阻的典型值，對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107Ω，對(duì)于絕緣柵場(chǎng)型效應(yīng)三極管，RGS約是109～1015Ω。
⑤ 低頻跨導(dǎo)gm
低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對(duì)漏極電流的控制作用，這一點(diǎn)與電子管的控制作用十分相像。gm可以在轉(zhuǎn)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(dāng)。
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