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              MOS晶體管的溫度特性及受溫度影響的詳解

              信息來源: 時間:2020-10-27

              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中,幾乎都和導電因子κ及閾電壓VT有關,而這兩個參數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。所以在電路設計時,必須把器件的參數隨溫度變化的因素考慮進去。

              一、導電因子隨溫度的變化

              導電因子κ的表達式為:

              MOS晶體管的溫度特性

              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踐證明:對于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系近似為:

              MOS晶體管的溫度特性

              即隨著溫度升高,反型層中載流子的遷移率是下降的,見圖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。

              MOS晶體管的溫度特性

              在溫度為T℃時的μ和κ值,可以從下式確定:

              image.png

              式中T為工作溫度,image.pngimage.png為25時的值,可以通過測量樣管的飽和電流而計算求得。

              下面給出了image.png隨溫度變化的關系曲線,可供電路設計時參考。

              MOS晶體管的溫度特性

              二、閾電壓隨溫度的變化

              從閾電壓的表達式:

              MOS晶體管的溫度特性

              中看到,明顯隨溫度變化的因素主要是費米勢image.png和空間電荷區電荷image.png隨溫度的變化是極微的,完全可以忽略。

              對于N溝道MOS器件:

              MOS晶體管的溫度特性

              由于MOS晶體管的溫度特性與溫度的關系為:

              MOS晶體管的溫度特性

              因此image.png是隨溫度升高而減小的,同時,空間電荷區的面電荷密度為:

              MOS晶體管的溫度特性

              它的絕對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。

              MOS晶體管的溫度特性

              由于溫度升高,會使MOS器件的|VT|減小,將造成漏泄電流的增大。所以在設計動態MOS電路時,特別要引起注意。

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