mos管的特性也能用和雙極型晶體管一樣的i-v曲線來(lái)說(shuō)明。圖1.25中畫(huà)的是增強(qiáng)型nmos的典型曲線。這些曲線中source和backgate是接在一起的。縱坐標(biāo)衡量的是drain電流i_d，而橫坐標(biāo)衡量的是drain對(duì)source的電壓v_ds。每條曲線都代表了一個(gè)特定的gate對(duì)source電壓v_gs。圖1.21中是相似的雙極型晶體管的特性曲線，但是mos管的曲線是通過(guò)調(diào)節(jié)gate電壓得到的，而雙極型晶體管的曲線是通過(guò)調(diào)節(jié)基極電流得到的。圖1.25 nmos晶體管的典型i-v曲線。

drain對(duì)source電壓比較低時(shí)，mos channel像電阻，drain電流隨著電壓線性增加。這個(gè)工作區(qū)被稱為線性區(qū)或triode區(qū)。它相對(duì)于雙極型晶體管的飽和區(qū)。當(dāng)drain對(duì)source的電壓超過(guò)gate對(duì)source電壓與閾值電壓之間的差值時(shí)，drain電流就停止上升停在一個(gè)常數(shù)值上。這個(gè)區(qū)就是飽和區(qū)，相當(dāng)于雙極型晶體管的forward active區(qū)。所以飽和對(duì)mos和雙極型晶體管有不同的意思。

線性區(qū)的mos管的特性比較容易理解。channel就像一層靠載流子濃度決定電阻的摻雜硅。電流隨著電壓線性上升，就像電阻一樣。更高的gate電壓產(chǎn)生更大的載流子濃度，因此降低了channel的電阻。pmos管和nmos管差不多，但由于空穴的移動(dòng)性比電子差，channel的電阻相應(yīng)的就比較大。工作于triode區(qū)的mos管的有效電阻被標(biāo)記為r_ds(on)

因?yàn)閜inch-off現(xiàn)象，mos管飽和。當(dāng)drain對(duì)source的電壓還很低時(shí)，有一個(gè)均勻厚度的耗盡區(qū)會(huì)包圍channel（圖1.26a）。當(dāng)drain對(duì)source的電壓升高后，在drain端的耗盡區(qū)加厚了。耗盡區(qū)就會(huì)侵入channel，從而使它縮小。最終channel被截?cái)�，稱為pinched-off（圖1.26b）。載流子被相對(duì)弱的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)沿著channel運(yùn)動(dòng)。當(dāng)他們到達(dá)pinched-off區(qū)的邊緣時(shí)，他們就被強(qiáng)大的電場(chǎng)吸引而穿過(guò)耗盡區(qū)。隨著drain電壓上升，channel上的電壓并不上升；而是pinched-off區(qū)會(huì)變寬。因此，drain電流到達(dá)了一個(gè)極限，停止增長(zhǎng)了。

圖1.26 mos晶體管在不同偏置（a）v_ds=0v（triode 區(qū)）；（b）v_ds＝10v（飽和區(qū)）的行為。

drain電流在飽和區(qū)稍微有點(diǎn)向上翹。這是由channel length modulation引起的，相當(dāng)于early effect。drain電壓的上升使pinched-off區(qū)加寬并且channel length縮短。短channel上還是原來(lái)的電壓，所以電場(chǎng)加強(qiáng)了，載流子運(yùn)動(dòng)的更快。因此drain電流隨著drain對(duì)source的電壓上升而稍微有點(diǎn)上升。

圖1.25i-v曲線中晶體管的backgate是接到source的。如果backgate獨(dú)立于source偏置，那么晶體管的閾值電壓會(huì)有點(diǎn)不同。如果nmos的source相對(duì)于backgate正向偏置，那么它的閾值電壓會(huì)上升。如果pmos的source相對(duì)于backgate反向偏置，那么它的閾值電壓會(huì)下降（變成更大的負(fù)值）。這個(gè)backgate效應(yīng)或body效應(yīng)是因?yàn)閎ackgate對(duì)source的電壓調(diào)制了channel下的耗盡區(qū)而產(chǎn)生的。隨著backgate對(duì)source的差別上升，耗盡區(qū)也加寬，它也同時(shí)侵入backgate和channel。backgate對(duì)source的高電壓會(huì)削弱channel，它反過(guò)來(lái)又提升了閾值電壓。耗盡區(qū)對(duì)channel的侵入隨著backgate摻雜上升而變得更厲害，這又加強(qiáng)了body效應(yīng)。

mos管通常被認(rèn)為是多數(shù)載流子器件，它只有在channel形成后才導(dǎo)通。這個(gè)過(guò)分簡(jiǎn)單的看法沒(méi)有解釋當(dāng)gate對(duì)soure電壓低于閾值電壓時(shí)的導(dǎo)通。channel的形成是個(gè)逐步的過(guò)程。隨著gate對(duì)source電壓上升，gate首先吸引了少量少數(shù)載流子到表面。當(dāng)電壓上升時(shí)，少數(shù)載流子的濃度也上升了。當(dāng)gate對(duì)source電壓超過(guò)閾值電壓時(shí)，少數(shù)載流子的數(shù)目大到硅表面反轉(zhuǎn)，channel形成了。在這之前，少數(shù)載流子仍舊可以從source擴(kuò)散到drain。這個(gè)subthreshold導(dǎo)通產(chǎn)生了一個(gè)比channel形成時(shí)產(chǎn)生的電流小的多的電流。然而，他們?nèi)耘f比結(jié)的漏電流大了好幾個(gè)等級(jí)。僅當(dāng)gate對(duì)source電壓在閾值電壓的0.3v左右時(shí)，subthreshold導(dǎo)通是很明顯的。在低vt的器件中這已經(jīng)足夠引發(fā)嚴(yán)重的“漏電流”問(wèn)題。實(shí)際上有些電路也利用了subthreshold導(dǎo)通時(shí)電壓對(duì)電流的指數(shù)關(guān)系，但他們不能在超過(guò)100℃的環(huán)境下正常工作，因?yàn)榻Y(jié)漏電流太大而淹沒(méi)了微小的subthreshold電流。

和雙極型晶體管一樣，mos管也能被雪崩或punchthrough擊穿。如果drain耗盡區(qū)的電壓太大，雪崩就會(huì)發(fā)生，drain電流會(huì)快速上升。同樣的，如果整個(gè)channel pinches off，source和drain就會(huì)被最終的耗盡區(qū)短接，且晶體管會(huì)punch through。

mos管的工作電壓通常被一個(gè)稱為hot carrier injection的長(zhǎng)期退化機(jī)