为什么会发生 MOSFET 夹断

电器工程 晶体管 场效应管 pn结
2022-01-15 16:31:49

这个问题是关于增强型 n 型 MOSFET 的。据我了解,当向栅极施加电压时,会在 MOSFET 栅极下方的绝缘层下方形成反型层。当这个电压超过\$V_\mathrm{T}\$时,阈值电压该反转层允许电子从源极流向漏极。如果现在施加电压 \$V_\mathrm{DS}\$,则反转区域将开始逐渐变细,最终,它会逐渐变细以至于夹断,一旦夹断(它不再高度收缩),然后它将开始在长度(宽度)上收缩,越来越接近源。

我的问题是:

  • 到目前为止我所说的是否正确?
  • 为什么会出现这种夹断现象?我不明白我的书是怎么说的。它说明了漏极处的电场也与栅极成正比。
  • 据我了解,当 MOSFET 饱和时,在夹断位和漏极之间会形成耗尽层。电流如何通过这个耗尽部分流向漏极?我认为耗尽层不导电......就像在二极管中......
1个回答

您的描述是正确的:假设 \$V_{GS}>V_T\$,如果我们施加幅度为 \$V_{SAT}=V_{GS}-V_{T}\$ 或更高的漏源电压,通道将被夹断。

我将尝试解释那里发生的事情。我在示例中假设为 n 型 MOSFET,但这些解释也适用于 p 型 MOSFET(当然,需要进行一些调整)。

断货的原因:

考虑沿通道的电势:它等于 Source 附近的 \$V_S\$;它在排水管附近等于 \$V_D\$。还记得势函数是连续的。上述两个陈述的直接结论是,电位变化沿着通道连续从 \$V_S\$ 到 \$V_D\$ (让我非正式地使用术语“电位”和“电压”互换)。

在此处输入图像描述

现在,让我们看看上述结论如何影响反型层中的电荷。回想一下,由于 Gate-to-Substrate 电压(是的,Substrate,而不是 Source),此电荷在 Gate 下累积。我们通常在计算中使用 \$V_{GS}\$ 的原因是因为我们假设 Substrate 和源连接到相同的电位)。现在,如果我们施加 \$V_{DS}\$ 时沿通道的电位发生变化,则栅极到衬底的电压也沿通道变化,这意味着感应电荷密度将沿通道变化。

当我们对漏极施加 \$V_{SAT}=V_{GS}-V_{T}\$ 时,漏极附近的有效栅极到衬底电压将变为: \$V_{eff}=V_{GS} -V_{SAT}=V_T\$。这意味着在漏极附近,栅极到衬底的电压刚好足以形成反型层。施加到 Darin 的任何更高电位都会导致该电压降低到阈值电压以下,并且不会形成通道 - 发生夹断。

在此处输入图像描述

夹断点和排水管之间会发生什么:

该区域中的栅极到衬底电压不足以形成反转层,因此该区域仅耗尽(与反转相反)。虽然耗尽区没有移动载流子,但对流过它的电流没有限制:如果载流子从一侧进入耗尽区,并且整个区域存在电场 - 该载流子将被电场拖曳。此外,进入该耗尽区的载流子具有初始速度。

只要所讨论的载流子不会在耗尽区复合,上述所有情况都是正确的。在 n 型 MOSFET 中,耗尽区缺少 p 型载流子,但电流由 n 型载流子组成 - 这意味着这些载流子复合的可能性非常低(并且出于任何实际目的可以忽略不计)。

结论:进入该耗尽区的电荷载流子将被穿过该区域的场加速并最终到达漏极。通常情况下,该区域的电阻率可以完全忽略(其物理原因相当复杂——这个讨论更适合物理论坛)。

希望这可以帮助