MOS场效应管阈值电压温度效应详解

为了使MOS场效应管在一定的温度范围内能稳定可靠地工作，在设计时必须考虑适应其参数随温度的变化，半导体器件一般的工作温度范围有两种：一种是军用范围，通常为-55~+125℃；另一种是民用范围，一般为-25~85℃。MOS管阈值电压温度效应。因此，要根据不同的使用情况，来确定对场效应管温度性能的要求。

MOS场效应管性能随温度的变化最主要表现在阈值电压VT及载流子迁移率随温度的变化，下面分别进行讨论。

1、阈值电压VT随温度的变化

以n沟增强型管为例进行讨论，由第二节的讨论可知，n沟增强型管的开启电压（见（1.2-12）式及其说明）为

式中

为p型衬底的费米势，其中与T的关系可表示为

假定氧化层中的正电荷面密度Qss与温度T无关，实验还发现SiO2两边的金属与半导体Si的接触电势差，在很宽的温度范围内，近似与温度无关。MOS管阈值电压温度效应。这样就可得到VT随温度T的变化率为

其中

如果在T=300K时，电子伏特，tox=1000埃，Cox=35×10^-3法，则有

若

则

由计算得到的开启电压随温度的变化系数与实验结果较为一致。因此，对于上述例子，如果工作温度变化幅度为ΔT =+100℃，则ΔVT≈ -0.267伏；如果在25℃时，VT为1伏；则在125℃时，VT为0.733伏，如图1.4-5所示。MOS管阈值电压温度效应。对和沟MOS管而言，当温度提高时，阈值电压将降低。对于P沟MOS管，可同样进行讨论，它的总是正值。图1.4-5表示了n沟MOS管的阈值电压VT随温度变化的情况。

2、载流子迁移率随温度的变化

沟道中载流子的迁移率随温度的变化是MOS场效应管温度效应的第二个重要因素。实验证实，对于MOS场效应管而言，如果表面电场小于10²伏/厘米，则沟道中电子与空穴的有效迁移率近似于常数，并约等于半导体体内迁移率的一半。实验发现，在-55~+125℃温度范围内，迁移率μ与温度T近似成反比关系，即

3、漏源电流IDS随温度的变化

MOS管的阈值电压及较流子的迁移率随温度的变化反过来会影响MOS管的电导，即影响它的电流。

VT的降低使IDS增加，μn的降低会使IDS减小，因此当温度升高时，IDS究竟是增加还是减小，要看这两个效应那个起主要作用。为此将（1.3-9）式对T求微商

由于在一般工作温度范围内，因此上式成为

如果某n沟MOS场效应管的开启电压VT=1伏：工作时VGS=3伏，伏/℃，则在300K时的值为

这时，漏源饱和电流的温度系数为负值.说明迁移率变化的影响超过开启电压变化的影响。总的来说MOS场效应管电性能的温度稳定性要比双极晶品体管好。MOS管阈值电压温度效应。

以上讨论可知，温度升高，使阈值电压VT下降，迁移率减小，漏源电流IDS减小。

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