实际上，用以上方程求出的“内在”阈值在电路设计过程中可能不适 用，在实际设计过程中，常通过改变多晶与硅之间的接触电势即：在 沟道中注入杂质，或通过对多晶硅掺杂金属的方法来调整阈值电压。 比如：若在p型衬底中掺杂三价离子形成一层薄的p＋区，为了实现耗 尽，其栅电压必须提高，从而提高了阈值电压。
输出特性（I/V特性）
在模拟集成电路中对于MOS晶体管而言，是一四 端口器件。
在数字集成电路设计中，MOS晶体管可看成三端 口器件。
在双阱工艺中，每一个NMOS管与PMOS管都可 以有各自的衬底电位。
MOS管的几何参数
沟道长度L：定义为漏源之间栅的尺寸；有效长度 L’略小于长度L。
沟道宽度W：垂直于沟道长度方向的栅的尺寸： 有效宽度W’略小于宽度W。
Vth
MS
2 f
Qb Cox
Qss C ox
Qb C ox
2 f
VFB
注意：
器件的阈值电压主要通过改变衬底掺杂浓度、衬底表面浓度或改变氧 化层中的电荷密度来调整，对于增强型MOS管，适当增加衬底浓度， 减小氧化层中的正电荷即可使其阈值大于0；而氧化层中的正电荷较 大或衬底浓度太小都可形成耗尽型NMOS 。
当栅源之间加上正向电压，栅极附近的p型衬底中的空穴被排斥， 形成耗尽层，同时p型衬底中的少子（电子）被吸引到衬底表面。
当正的栅源电压达到一定数值时，这些电子在栅极附近的p型硅 表面便形成了一个n型薄层，称为反型层。栅源电压VGS正得愈 多，沟道电阻将愈小。
感生沟道(反型层)形成后，在正的漏极电压作用下，将产生漏极 电流ID。在漏源电压作用下开始导电时的栅源电压叫做开启电压 Vth。
I D 2K N VGS Vth VDS
上式表明在VDS较小时，ID是VDS的线性函数，即这时MOS管可等
效为一个电阻，其阻值为：
Ron
VDS ID
2K N
1 VGS
Vth
即：处于深三极管区的MOS管可等效为一个受过驱动电压控制的
可控电阻，当VGS一定时，沟道直流导通电阻近似为一恒定的电 阻。
MOS晶体管的输出电流－电压特性的经典描述是萨氏方程。
忽略二次效应，对于NMOS管导通时的萨氏方程为：
ID
nCox
W L
(VGS
Vth )VDS
1 2
VD2S
K N 2(VGS Vth )VDS VD2S
VGS－Vth：MOS管的“过驱动电压”
L：指沟道的有效长度
W/L称为宽长比
1
W
K N 2 n C ox L ，称为NMOS管的导电因子
ID的值取决于工艺参数：μnCox、器件尺寸W和L、VDS及VGS。
输出特性（I/V特性）
截止区：VGS≤Vth，ID＝0； 线性区：VDS≤VGS－Vth，漏极电流即为萨氏方程。
深三极管区：VDS<<2（VGS－Vth）时称MOS管工作在，萨氏方程 可近似为：
阈值电压 I/V特性 输入输出转移特性 跨导等电特性
阈值电压（NMOS）
在漏源电压的作用下刚开始有电流产生时的VG为阈值电压Vth ：
Vth
MS
2 f
Qb Cox
Qss Cox
Qb Cox
2f
VFB
ΦMS：指多晶硅栅与硅衬底间的接触电势差
f (kT q) ln( N sub ni ) 称为费米势，其中q是电子电荷
栅氧厚度tox：栅极与衬底之间的二氧化硅的厚度。
MOS管的表示符号
NMOS D
PMOS D
NMOS D
PMOS D
NMOS D
PMOS D
D
PMOS D
G
BG
BG
G
G
G
G
G
S
S
S
S
S
S
S
S
MOS管的分类
MOS管可分为增强型与耗尽型两类：
增强型是指在栅源电压VGS为0时没有导电沟道，而 必须依靠栅源电压的作用，才能形成感生沟道的 MOS晶体管；
注意：与双极型晶体管相比，一个MOS器件即使在无电流流过 时也可能是开通的。
增强型NMOS管的工作原理
当VGS≥Vth时，外加较小的VDS，ID将随VDS上升迅速增大， 此时为线性区，但由于沟道存在电位梯度，因此沟道厚度是 不均匀的。
当VDS增大到一定数值（例如VGD=VGS，VDS=Vth），沟道被夹 断，VDS继续上升时，沟道两端的电压保持不变，ID趋于饱和。
主要内容
有源器件： 主要从MOS晶体管的基本结构出发，分析其阈值电压 及基本特性（输入输出特性、转移特性等）； 介绍MOS管的寄生电容； 讲解MOS管的主要的二次效应，进而得出其低频小信 号等效模型和高频小信号等效模型； 介绍有源电阻的结构与特点。
无源器件： 模拟集成电路中常用的电阻、电容的结构及其特点。
Nsub：衬底的掺杂浓度
Qb：耗尽区的电荷密度，其值为 Qb
4q si f
N
，其中
sub
si
是硅的介电常数
Cox：单位面积的栅氧电容， Cox n ox / tox ， ox
si 0
Qss：氧化层中单位面积的正电荷
VFB：平带电压，VFB＝
MS
Qss Cox
阈值电压
同理PMOS管的阈值电压可表示为：
当VGS增加时，由于沟道电阻的减小，饱和漏极电流会相应增 大。
若VDS大于击穿电压BVDS（二极管的反向击穿电压），漏极 与衬底之间的PN结发生反向击穿，ID将急剧增加，进入雪崩 区，此时漏极电流不经过沟道，而直接由漏极流入衬底。
在模拟电路集成电路中饱和区是MOS管的主要工作区。
MOS管的电特性
有源器件－MOS管
结构与几何参数
G
G
tox
B
S
D
D
p+
n+
n+
p+
n阱 p型衬底
(a)
S
B
p+
n+
W
多晶
d
Ld
(b)
p+接触孔
n+接触孔
n阱
栅氧化层 p＋ p+扩散区 n＋ n+扩散区
MOS管结构特点
在栅氧下的衬底区域为器件的有效工作区（即 MOS管的沟道）。
MOS管的两个有源区（源区与漏区）在制作时是 几何对称的
耗尽型是指即使在栅源电压VGS为0时MOS晶体管也 存在导电沟道。
这两类MOS管的基本工作原理一致，都是利用 栅源电压的大小来改变半导体表面感生电荷的 多少，从而控制漏极电流的大小 。
增强型NMOS管的工作原理
当栅源电压VGS=0时，源漏之间的电阻主要为PN结的反偏电阻， 基本上无电流流过，没有形成导电沟道。