场效应管伏安特性曲线

场(chang)效应管伏安特性曲线(xian)（IV 曲线(xian)），即电(dian)流-电(dian)压(ya)曲线(xian)。这里(li)的电(dian)压(ya)指(zhi)的是源漏偏压(ya)，电(dian)流指(zhi)的是漏电(dian)极电(dian)流。IV 曲线(xian)是双电(dian)极器件体系性能模拟的主要目的。

场效应管(guan)的特性(xing)曲(qu)线(xian)类(lei)型比较多，根(gen)据导电沟道的不同(tong)以(yi)及是(shi)增强型还是(shi)耗尽型可有(you)四种转移特性(xing)曲(qu)线(xian)和输出特性(xing)曲(qu)线(xian)，其电压(ya)和电流方(fang)向(xiang)也有(you)所不同(tong)。如(ru)果按统一规定的正方(fang)向(xiang)，特性(xing)曲(qu)线(xian)就(jiu)要(yao)画在不同(tong)的象限。为了便于绘制，将P沟道管(guan)子(zi)的正方(fang)向(xiang)反过来(lai)设定。有(you)关曲(qu)线(xian)绘于下图之中。

场效应管伏安特性曲线计算方法
场效应管伏安特性曲线计算原理

IV 曲线通过(guo)计算(suan)不同偏压下的(de)电流得到。特(te)定偏压Vb下的(de)电流I可以由下求得：

其中分别为左右电极平衡态时的费米能级和费米分布。

积分限(xian)的(de)(de)确定(ding)。由于费米(mi)分布(bu)在-∞、+∞很快趋近于 0 和 1，而(er)在费米(mi)能级处呈台阶(jie)状，因此实际积分的(de)(de)范围可(ke)以确定(ding)为：

之(zhi)所以增加nkBT是为了考虑费米(mi)分布的(de)宽(kuan)度。

T（E;Vb）为电(dian)子透射概率函(han)数(shu)谱，表示不(bu)通能量的(de)电(dian)子透射的(de)概率。注意(yi)到，一般情(qing)况下(xia)，T（E）的(de)形状依赖(lai)于(yu)偏(pian)压Vb（见下(xia)图），因(yin)此(ci)通过(guo)自洽的(de)非平衡态(tai)格林(lin)函(han)数(shu)方法可以(yi)更好的(de)计(ji)算(suan)电(dian)流。如果(guo)忽略T（E）对偏(pian)压Vb的(de)依赖(lai)，则可以(yi)通过(guo)零偏(pian)压下(xia)的(de)平衡态(tai)透射谱计(ji)算(suan)线性响(xiang)应电(dian)流。

左图为零偏压(ya)(ya)下的(de)透射(she)谱；右图为透射(she)谱随偏压(ya)(ya)的(de)变化图，两条(tiao)直线(xian)标记的(de)是(shi)偏压(ya)(ya)窗口。注意右图中零偏压(ya)(ya)处(chu)与左图的(de)对应关(guan)系。

自洽的非平衡态格林函数方法

QuantumATK默认采用自洽(qia)的非平衡态(tai)格林(lin)函数（NEGF）方法计算非零偏压下的电流，此(ci)时体系(xi)的电子态(tai)处(chu)于非平衡态(tai)。

由于这时(shi)考虑了(le)(le)透(tou)射谱形状(zhuang)随偏压的(de)变化，因(yin)此(ci)如下所示的(de)体(ti)系出(chu)现了(le)(le)负微分电(dian)阻（NDR）效应。

线性响应电流

另一种计算电流(liu)(liu)的(de)(de)方法(fa)是仅计算零偏压(ya)下(xia)的(de)(de)电子透(tou)射谱曲线(xian)，而后(hou)在同(tong)(tong)一条曲线(xian)上(shang)通过改变积(ji)分偏压(ya)窗口求得不同(tong)(tong)的(de)(de)偏压(ya)下(xia)的(de)(de)电流(liu)(liu)。由于(yu)电子透(tou)射谱在全能(neng)量范围里(li)始终为正(zheng)，因(yin)此无法(fa)出现预期(qi)的(de)(de) NDR 效应。上(shang)述体(ti)系的(de)(de)线(xian)性响应电流(liu)(liu)如下(xia)图。

场效应管伏安特性曲线-各种场效应管特性比较

场效应管的主要参数

① 开启电压VGS（th） （或(huo)VT）

开(kai)启电压是MOS增强型管的(de)参数，栅源电压小于开(kai)启电压的(de)绝对值，场效应管不能导通。

② 夹断电(dian)压VGS（off） （或VP）

夹(jia)断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS（off） 时，漏极电流为零。

③ 饱和漏(lou)极电(dian)流IDSS

耗尽型场效应三极(ji)管，当(dang)VGS=0时(shi)所对(dui)应的漏(lou)极(ji)电(dian)流。

④ 输入电阻RGS

场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)三(san)(san)极管(guan)的栅(zha)源输入(ru)电(dian)阻的典型值，对于(yu)(yu)结(jie)型场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)三(san)(san)极管(guan)，反偏时RGS约大于(yu)(yu)107Ω，对于(yu)(yu)绝缘(yuan)栅(zha)场(chang)型效(xiao)(xiao)应(ying)三(san)(san)极管(guan)，RGS约是(shi)109～1015Ω。

⑤ 低频跨导(dao)gm

低(di)频跨(kua)导(dao)反映了栅压对(dui)漏极(ji)电流的控制(zhi)作(zuo)用，这一点与(yu)电子管(guan)的控制(zhi)作(zuo)用十分相像。gm可以(yi)在转(zhuan)移特性曲线上求取，单(dan)位是mS（毫西门子）。

⑥ 最(zui)大漏极功耗PDM

最大漏极(ji)功耗可由PDM=VDS ID决定，与双(shuang)极(ji)型三极(ji)管的PCM相当。

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