MOS管的工作状态以及NMOS管的I/V特性曲线

根据上一篇对CMOS工作原理的分析，我们可以将MOS管的工作状态分为以下4个区域，以NMOS为例：

(1)截止区：

当VGS

(2)线性区：

当VGS>Vth, 且0

此时器件工作在线性区，有时也称为三极管区，式中un为导电沟道中电子的迁移率。 Cox为单位面积的栅氧化层电容，tox为氧化层的厚度。 W和L分别为晶体管导电沟道的宽和长，VGS-Vth称为过驱动电压。

(3)饱和区：

当VGS>Vth, 且VDS>VGS-Vth时，沟道电流ID为

随着VDS增大，当VGS-Vth=VDS时，漏极的反型层逐渐消失，出现预夹断。 当VDS继续增大，这夹断点向源端移动，最终形成由耗尽层构成的夹断区，MOS管进入饱和区工作。 此时沟道两端的电压保持VDS-Vth，而VDS的增加部分降落到夹断耗尽区内，ID几乎不变，达到最大。

(4)击穿区

NMOS 管的漏极—衬底PN结由于VD过高被击穿。

需要注意的是，对于PMOS器件来说，线性区和饱和区的漏极电流公式需要加负号，VGS，VDS和VGS-Vth都是负的。 由于空穴的迁移率是电子的一半，所以PMOS具有较低的“电流驱动”能力。 换句话说，在工程应用中，只要有可能，我们应该更加倾向于采用NFETs而不是PFETs。

NMOS管I/V特性曲线

这是NMOS管的I/V特性曲线，我们不难看出，

当VGS < Vth时，导电沟道未形成，故处于截止区。

当VGS >Vth, 且0 < VDS < VGS-Vth时，器件工作在线性区（三极管区）。

当VGS >Vth, 且VDS > VGS-Vth时，沟道电流ID基本不随VDS的变化而变化。此时器件工作在饱和区。可以看到器件工作在饱和区时，漏极电流最大。

当VGS持续增大时，器件被击穿。

MOSFET的跨导

跨导这个概念是怎么来的呢? 引入这个概念有什么意义呢?

由于在处理信号的过程中，我们要考虑电压与电流的变化。 因此我们把这个参数定义为漏电流的变化量除以栅极电压的变化量。 我们称之为跨导(通常定义在饱和区)，用gm表示。 跨到的单位是西门子(S)。

gm代表了器件的灵敏度，对于一个大的gm来讲，VGS的微小的变化将会导致漏电流产生很大的变化。

结合在饱和区的漏电流的表达公式，gm也可以表示成这样的表达式。 以上的每一个表达式，在研究gm随某一个参数变化，其他参数保持恒定(控制变量)的特性都是有用的。

下期介绍MOS器件的二级效应。