为什么MOS管饱和区沟道夹断了还有电流?

发布时间:2024-05-07
mos管就像开关。栅极(g)决定源极(s)到漏极(d)是通还是不通。以nmos为例,图1中绿色代表(n型)富电子区域,黄色代表(p型)富空穴区域。p型和n型交界处会有一层耗尽层分隔(也叫空间电荷区,如图中白色分界所示)。vt是开关的阈值,超过阈值就开,低于阈值就开不了。栅电压越大,下面感应出来的电子越多,形成的沟道越宽。栅与沟道之间有氧化层隔离。在源漏没有电压时沟道宽窄是一样的,这很好理解。
图1. 栅压产生沟道决定mos管源漏之间通不通
当漏极电压升高,栅极靠近漏极的相对电压就小,因此沟道受其影响宽窄不同。由于电流是连续的,所以窄的地方电流密度大,这也好理解,如图2所示。这是源漏电流ids是随其电压vds增大而线性增大的“线性区”。
图2. 沟道宽窄受两端电压影响(线性区)
要注意的是,这时栅极电压绝对值并没有降低,靠近漏极沟道变窄的原因,是栅极的影响力部分被漏极抵消了。一部分本来可以栅吸引形成沟道的电子,就被漏极正电压拉过去了。
当漏极电压继续升高,如果超过栅电压,造成沟道右边不满足开通条件而“夹断”。之所以出现夹断点,是因为在这个点,栅极对电子的吸引力被漏极取代。这时候mos管进入“饱和区”,电流很难继续随电压增大。
很多同学理解不了既然这时候沟道夹断了,不是应该截止了吗?为什么还会继续有电流?
原因是虽然理论上沟道已经“夹断”,但这个夹断点很薄弱。为什么说它薄弱?因为夹断点后面支撑它的不是原来p型区域,而是电压升高更吸引电子的漏极及其空间电荷区。因此电子冲入空间电荷区,就相当于几乎没有阻挡的“准自由电子”快速被漏极收集。如图3所示。
图3. 沟道“夹而不断”(饱和区)
可以想象,随着靠近漏极的沟道越来越细,很多高速的电子冲过来,一部分挤过夹断点进入空间电荷区,然后被漏极正电场高速收集(形成示意图中紫色电流)。漏极电压越高,夹断点越后退,造成电子越难穿越,因此饱和区电流不再随电压增大而线性增大,毕竟不是所有电子都能冲过夹断点。源漏电流电压曲线如图4所示。
图4. 电流电压曲线
用水枪比喻就很好理解:在水管水流很急时,试图用薄片挡住是很难的,水流会呲过阻挡形成喷射,喷口越细喷射越急,如图5所示。因此“夹断”这个词容易引起误解,实际应该是“夹而不断”,电流只是被限制而非截止。
图5. 薄片很难挡住水枪喷射
当然,如果漏极的电压继续上升,它的空间电荷区持续扩张达到源极,那么源极的电子就会不受沟道和栅压的控制,直接经过空间电荷区高速到达漏极,这就是源漏直接穿通了,这时mos管的开关功能也就作废了。
上一个:防火铝箔橡塑管如何生产
下一个:冈本/凖力/宇青/大同/三井磨床数显表Magnescale LH71-2计数器故障维修

怎样有效的防止工业污水处理设备故障
中走丝线切割机的安全操作及故障处理
东莞货运到拉各斯(东莞到迪拜物流)
atos电磁阀插头SP-COU-24DC/80 DC24V带指示灯
PS-6钢筋锈蚀仪
地道桥顶推过程中重点控制哪些地方?
超声波清洗机的构成概述
鲁中南抗旱找水打井技术方法浅析
手机新浪微博如何打赏(微博如何开打赏)
匀速控温高低温一体机配套微反应器如何应用?