MOS管输出特性曲线的定性讨论分析

信息来源: 时间:2020-10-23

MOS管输出特性曲线的定性讨论

前面对MOS管的工作情况,已经作了简单的介绍,现在进一步分析MOS管的输出特性。所谓MOS管的输出特性,是指当栅源电压一定,漏源电流IDS随漏源电压的变化规律。

整个MOS管(以N沟道为例)工作时的偏置电压及转移特性由图1-2表示。MOS管输出特性曲线,可像双极型管一样用JT-1图示仪显示出来,如图1-20所示。

MOS管输出特性

图中每根曲线,对应一个栅压VGS,最底下的一根曲线,对应VGS-VT。从图上可直接看到,当VGS≤VT,IDS几乎为零,不随VGS变化,这时沟道还没有形成或刚形成。

当VGS超过VT为一定值时,沟道已经形成,IDS将随VDS而变化。VDS较小时,IDS随VGS增加而增加。等到VDS增加至一定值后(图中以虚线为界),VDS的增加并不明显地引起IDS的增加,我们认为这时电流饱和了。如果VGS进一步加大到某一值,IDS急剧上升,此时漏区PN结反向击穿。综上所述,MOS管的输出特性曲线可分为四个区域。图中虚线左边为非饱和区,右边为饱和区,在电流猛增的区域称为击穿区,VGS≤VT下面的区域IDS=0称为截止区。MOS管输出特性,MOS管的输出特性曲线为什么会出现非饱和区与饱和区,这是我们需要研究的问题。

1、非饱和区

当VG>VT,VDS=0时,就会形成沟道,并且沟道厚度从源到漏都一样,如图1-21(a)所示。如果VGS>VT,并且从源漏间加以不大的偏压VDS时,从漏到源沟道的宽度就不再一样。因为,沟道区靠源端的电压为零,而靠漏端的电压为VDS,沟道沿源漏方向各点电位不一样。因此,隔着SiO2靠源端的栅和沟道之间的电位差为VGS,而栅与靠漏端的沟道电压为(VGS-VDS),中间为过度电压区。这说明栅下面沟道区各点电压降不同,电场当然也不同。这样,沟道的厚度将沿漏方向逐渐减薄,反型层中载流子浓度的分布也沿漏方向逐渐减少,如图1-21(b)所示。在这种情况下,整个沟道区可看成一个电阻,所以电流IDS随VGS增加而增加。但是,由于VDS的增加会使沟道沿漏方向变薄,即沟道电阻随着VDS的增加也相应地变大,所以IDS的增加并不随VDS呈线性方式增加,而是逐渐减慢其增加的速率。如图1-20中非饱和区的右边部分所示。

2、饱和区

当VDS=VGS-VT时,在漏极处的沟道被夹断(耗尽区仍存在),如图1-21(c)所示。如果VDS继续增加至VDS>VGS-VT时,就进入饱和区。这时漏源电压的作用将进一步使沟道夹断区增加,这个区域就成了源漏间电流通路上电阻最大的区域,于是漏源间的电压就必然集中地降落在这里,从而使夹断区具有很大的电场。MOS管输出特性,此外,在夹断区的左边还存在着未被夹断的N型沟道,这里的情况与非饱和状态工作时差不多,从源发出的电子可以在沟道中迁移通过,到了夹断区后,将受到夹断区中强电场的作用扫入漏区。由于沟道夹断后,进一步增加的漏极电压基本上都降落在夹断区,而未夹断的沟道中的电场分布基本上不随VDS增加,当然IDS也就不随VDS增加了。

MOS管输出特性

如果VGS增加,沟道的起始厚度跟着增加,特性曲线进入饱和区的漏源电压也就升高,不过始终满足VDS=VGS-VT的关系。


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