場(chǎng)效應(yīng)管伏安特性曲線

場(chǎng)效應(yīng)管伏安特性曲線（IV 曲線），即電流-電壓曲線。這里的電壓指的是源漏偏壓，電流指的是漏電極電流。IV 曲線是雙電極器件體系性能模擬的主要目的。

場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線類型比較多，根據(jù)導(dǎo)電溝道的不同以及是增強(qiáng)型還是耗盡型可有四種轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線，其電壓和電流方向也有所不同。如果按統(tǒng)一規(guī)定的正方向，特性曲線就要畫在不同的象限。為了便于繪制，將P溝道管子的正方向反過來設(shè)定。有關(guān)曲線繪于下圖之中。

場(chǎng)效應(yīng)管伏安特性曲線計(jì)算方法
場(chǎng)效應(yīng)管伏安特性曲線計(jì)算原理

IV 曲線通過計(jì)算不同偏壓下的電流得到。特定偏壓Vb下的電流I可以由下求得：

其中分別為左右電極平衡態(tài)時(shí)的費(fèi)米能級(jí)和費(fèi)米分布。

積分限的確定。由于費(fèi)米分布在-∞、+∞很快趨近于 0 和 1，而在費(fèi)米能級(jí)處呈臺(tái)階狀，因此實(shí)際積分的范圍可以確定為：

之所以增加nkBT是為了考慮費(fèi)米分布的寬度。

T（E;Vb）為電子透射概率函數(shù)譜，表示不通能量的電子透射的概率。注意到，一般情況下，T（E）的形狀依賴于偏壓Vb（見下圖），因此通過自洽的非平衡態(tài)格林函數(shù)方法可以更好的計(jì)算電流。如果忽略T（E）對(duì)偏壓Vb的依賴，則可以通過零偏壓下的平衡態(tài)透射譜計(jì)算線性響應(yīng)電流。

左圖為零偏壓下的透射譜；右圖為透射譜隨偏壓的變化圖，兩條直線標(biāo)記的是偏壓窗口。注意右圖中零偏壓處與左圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

自洽的非平衡態(tài)格林函數(shù)方法

QuantumATK默認(rèn)采用自洽的非平衡態(tài)格林函數(shù)（NEGF）方法計(jì)算非零偏壓下的電流，此時(shí)體系的電子態(tài)處于非平衡態(tài)。

由于這時(shí)考慮了透射譜形狀隨偏壓的變化，因此如下所示的體系出現(xiàn)了負(fù)微分電阻（NDR）效應(yīng)。

線性響應(yīng)電流

另一種計(jì)算電流的方法是僅計(jì)算零偏壓下的電子透射譜曲線，而后在同一條曲線上通過改變積分偏壓窗口求得不同的偏壓下的電流。由于電子透射譜在全能量范圍里始終為正，因此無法出現(xiàn)預(yù)期的 NDR 效應(yīng)。上述體系的線性響應(yīng)電流如下圖。

場(chǎng)效應(yīng)管伏安特性曲線-各種場(chǎng)效應(yīng)管特性比較

場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)

① 開啟電壓VGS（th） （或VT）

開啟電壓是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對(duì)值，場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。

② 夾斷電壓VGS（off） （或VP）

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VGS（off） 時(shí)，漏極電流為零。

③ 飽和漏極電流IDSS

耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管，當(dāng)VGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。

④ 輸入電阻RGS

場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵源輸入電阻的典型值，對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107Ω，對(duì)于絕緣柵場(chǎng)型效應(yīng)三極管，RGS約是109～1015Ω。

⑤ 低頻跨導(dǎo)gm

低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對(duì)漏極電流的控制作用，這一點(diǎn)與電子管的控制作用十分相像。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，單位是mS（毫西門子）。

⑥ 最大漏極功耗PDM

最大漏極功耗可由PDM=VDS ID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。

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