MOS晶體管的溫度特性及受溫度影響的詳解

在MOS器件的特性方程及主要參數(shù)中，幾乎都和導(dǎo)電因子κ及閾電壓VT有關(guān)，而這兩個(gè)參數(shù)都是隨著溫度而變化的，因此，溫度的變化就直接影響著MOS器件和MOS電路的工作性能及其可靠性。所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)，必須把器件的參數(shù)隨溫度變化的因素考慮進(jìn)去。

一、導(dǎo)電因子隨溫度的變化

導(dǎo)電因子κ的表達(dá)式為：

其中載流子的表面遷移率以是隨溫度的變化的主要因素。MOS晶體管的溫度特性理論和實(shí)踐證明：對(duì)于N溝道和P溝道MOS器件，反型層中的電子和空穴遷移率與溫度的關(guān)系近似為：

即隨著溫度升高，反型層中載流子的遷移率是下降的，見(jiàn)圖1-36和圖1-37。這是由于溫度升高，載流子在溝道中受到的散射幾率增加的緣故。

在溫度為T(mén)℃時(shí)的μ和κ值，可以從下式確定：

式中T為工作溫度，和為25℃時(shí)的值，可以通過(guò)測(cè)量樣管的飽和電流而計(jì)算求得。

下面給出了隨溫度變化的關(guān)系曲線，可供電路設(shè)計(jì)時(shí)參考。

二、閾電壓隨溫度的變化

從閾電壓的表達(dá)式：

中看到，明顯隨溫度變化的因素主要是費(fèi)米勢(shì)和空間電荷區(qū)電荷隨溫度的變化是極微的，完全可以忽略。

對(duì)于N溝道MOS器件：

由于與溫度的關(guān)系為：

因此是隨溫度升高而減小的，同時(shí)，空間電荷區(qū)的面電荷密度為：

它的絕對(duì)值也是隨溫度升高而減小的。所以，N溝道MOS管的VT是隨溫度升高而降低的。如圖1-39所示。

不難理解，MOS晶體管的溫度特性，對(duì)于P溝道MOS管，隨著溫度的升高，|VT|也是減小的。如圖1-40所示。

由于溫度升高，會(huì)使MOS器件的|VT|減小，將造成漏泄電流的增大。所以在設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)MOS電路時(shí)，特別要引起注意。

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