栅极电压(UGs)对漏极电流(ID)的控制作用称为转移特性,反映这两者之间关系的曲线称为转移特性曲线。下图1-60所示为N沟道结型场效应管的转移特性曲线。当栅极电压UGs取不同的电压值时,漏极电流ID将随之改变。当ID=0时, UGS的值为场效应管的夹断电压Uq;当UGs=0时,ID的值为场效应管的饱和漏极电流Idss。在Ugs一定时,反映ID与Uds之间的关系曲线为输出特性曲线,也称为漏极特性曲线。上图1-61所示为N沟道结型场效应管的输出特性曲线。由图可见,它分为三个区:饱和区、击穿区和非饱和区。起放大作用时,应工作在饱和区(这一点与前面讲的普通三极管不同)。注意,此处的“饱和区”对应普通三极管的“放大区”。
MOS电容的详细介绍首先考察一个更简单的器件——MOS电容——能更好的理解MOS管。这个器件有两个电极,一个是金属,另一个是外在硅,他们之间由一薄层二氧化硅分隔开。金属极就是GATE,而半导体端就是backgate或者body。他们之间的绝缘氧化层称为栅介质(gatedielectric)。这个MOS电容的电特性能通过把backgate接地,gate接不同的电压来说明。MOS电容的GATE电位是0V。金属GATE和半导体BACKGATE在WORKFUNCTION上的差异在电介质上产生了一个小电场。在器件中,这个电场使金属极带轻微的正电位,P型硅负电位。这个电场把硅中底层的电子吸引到表面来,它同时把空穴排斥出表面。这个电场太弱了,所以载流子浓度的变化非常小,对器件整体的特性影响也非常小。当MOS电容的GATE相对于BACKGATE正偏置时发生的情况。穿过GATEDIELECTRIC的电场加强了,有更多的电子从衬底被拉了上来。同时,空穴被排斥出表面。随着GATE电压的升高,会出现表面的电子比空穴多的情况。由于过剩的电子,硅表层看上去就像N型硅。掺杂极性的反转被称为inversion,反转的硅层叫做channel。随着GATE电压的持续不断升高,越来越多的电子在表面积累,channel变成了强反转。Channel形成时的电压被称为阈值电压Vt。
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