MOS晶體管準靜態工作原理及其定義解析

考慮圖7.2所示的一虛構器件，為了強調只研究器件的本征部分，圖中略去了源和漏。這器件由四個直流電壓VD、VG、VB和VS驅動，這些電壓定義為相對于用接地符號表示的任意參考點。四個直流電流ID、IG、IB和IS定義為流進器件，如圖所示。我們已知，電流的流動是由反型層中電子的傳輸引起的(假定是n溝器件)，若定義傳輸電流(或稱“傳導”電流)的流動是由漏經溝道到源，并用IT表示，則有

這里略去了絕緣體中極小的漏電流和耗盡層中很小的漏電流。我們已導出了幾種IT的表達式，它們都可以寫成如下的一般形式：

其中hT（）是一合適的函數，它取決于描述器件直流特性的模型。這樣的模型已在第4章中討論過了。

在前面幾章中，我們已研究了反型層、柵和耗盡區的單位面積電荷（Q′I、Q′G和Q′B）這些量一般說來和沿溝道方向的位置x有關。我們現在需確定對應的總電荷QI、QG和QB。以QI為例，沿溝道方向位置x處，寬為W長為Δx的一小塊反型層含有電荷Q′I（W?Δx）此處的Q′I取決于x。這樣，反型層的總電荷為：

與此類似，有

我們將在7.4節中計算這些積分值。而現在只指出，可能如我們所期待的那樣，最后結果是電荷依各端電壓而定：

    QG和QB可認為是“存儲”在器件中的電荷，但對QI的解釋需小心一些。QI是由反型層中的電子所形成的，這些電子不是真正存儲在器們中，它們由源進入反型層，最終經漏離開反型層，并不斷地被從源進入的新的電子所取代。QI僅僅是任意給定時刻恰巧在反型層中的電子的總電荷。盡管在不同時刻形成QI的“各個電子”是不同的。但在圖7.2中，QI這個量總是恒定不變的。

現在允許端電壓隨時間變化。所有隨時間變化的量都用帶大寫下標的小寫符號表示，如圖7.3所示。

假設端電壓的變化足夠慢，使得器件按準靜態工作，其基本意思如下；  令υD(t)、υG(t)、υB(t)和υS(t)為變化的端電壓，然后假設在任意位置、任意時刻t′單位面積電荷與施加直流電壓[即VD=υD(t′)，VG=υG(t′)，VB=υB(t′)以及VS=υS((t′)]時的單位面積電荷相同,這樣，總電荷qI、qG和qB仍可用式（7.2.3）求出，即以下面各式給出

其中fI、fG和fB表示的函數與式（7.2.4）中的函數相同。   

 憑直覺可知，如果端電壓變化太快，上述假設就不適用了。例如，若其中之一為階躍波形，則由于電荷將表現出慣性，因而不能期望它能立即自我調整。在本節和下面幾節中將不考慮這種情形，而我們所考慮的是假設端電壓變化足夠慢，從而準靜態近似成立的情況。準靜態近似成立的限制條件及在極端情況下不適用的原因將在7.6節中討論。非準靜態分析將在7.7節加以研究。

    利用4.4.5節中介紹的流體動態模擬，可獲得準靜態近似的直觀知識?？紤]圖7.4所示情況，假設活塞正在移動，并令為它在參考面以下的深度。若活塞移動得足夠慢，在任意時刻t’，流體的分布實際上好象是持久地穩定在值時那樣。于是，準靜態近似就適用于流體動態模擬，顯然，若變化很快，由于流體沒有足夠的時間來調節自己的狀態，情況就不再來是這樣了。當變化時，類似的論述也正確。

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