MOS場效應管閾值電壓溫度效應詳解

為了使MOS場效應管在一定的溫度范圍內能穩定可靠地工作，在設計時必須考慮適應其參數隨溫度的變化，半導體器件一般的工作溫度范圍有兩種：一種是軍用范圍，通常為-55~+125℃；另一種是民用范圍，一般為-25~85℃。MOS管閾值電壓溫度效應。因此，要根據不同的使用情況，來確定對場效應管溫度性能的要求。

MOS場效應管性能隨溫度的變化最主要表現在閾值電壓VT及載流子遷移率隨溫度的變化，下面分別進行討論。

1、閾值電壓VT隨溫度的變化

以n溝增強型管為例進行討論，由第二節的討論可知，n溝增強型管的開啟電壓（見（1.2-12）式及其說明）為

式中

為p型襯底的費米勢，其中與T的關系可表示為

假定氧化層中的正電荷面密度Qss與溫度T無關，實驗還發現SiO2兩邊的金屬與半導體Si的接觸電勢差，在很寬的溫度范圍內，近似與溫度無關。MOS管閾值電壓溫度效應。這樣就可得到VT隨溫度T的變化率為

其中

如果在T=300K時，電子伏特，tox=1000埃，Cox=35×10^-3法，則有

若

則

由計算得到的開啟電壓隨溫度的變化系數與實驗結果較為一致。因此，對于上述例子，如果工作溫度變化幅度為ΔT =+100℃，則ΔVT≈ -0.267伏；如果在25℃時，VT為1伏；則在125℃時，VT為0.733伏，如圖1.4-5所示。MOS管閾值電壓溫度效應。對和溝MOS管而言，當溫度提高時，閾值電壓將降低。對于P溝MOS管，可同樣進行討論，它的總是正值。圖1.4-5表示了n溝MOS管的閾值電壓VT隨溫度變化的情況。

2、載流子遷移率隨溫度的變化

溝道中載流子的遷移率隨溫度的變化是MOS場效應管溫度效應的第二個重要因素。實驗證實，對于MOS場效應管而言，如果表面電場小于10²伏/厘米，則溝道中電子與空穴的有效遷移率近似于常數，并約等于半導體體內遷移率的一半。實驗發現，在-55~+125℃溫度范圍內，遷移率μ與溫度T近似成反比關系，即

3、漏源電流IDS隨溫度的變化

MOS管的閾值電壓及較流子的遷移率隨溫度的變化反過來會影響MOS管的電導，即影響它的電流。

VT的降低使IDS增加，μn的降低會使IDS減小，因此當溫度升高時，IDS究竟是增加還是減小，要看這兩個效應那個起主要作用。為此將（1.3-9）式對T求微商

由于在一般工作溫度范圍內，因此上式成為

如果某n溝MOS場效應管的開啟電壓VT=1伏：工作時VGS=3伏，伏/℃，則在300K時的值為

這時，漏源飽和電流的溫度系數為負值.說明遷移率變化的影響超過開啟電壓變化的影響?？偟膩碚fMOS場效應管電性能的溫度穩定性要比雙極晶品體管好。MOS管閾值電壓溫度效應。

以上討論可知，溫度升高，使閾值電壓VT下降，遷移率減小，漏源電流IDS減小。

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