浅析MOS场效应晶体管饱和漏电流区的电导特性基础

在前一节中，已经证明当栅-源电势保持常数，而漏极电压从零开始增加时，漏-源微分电导逐渐减小，直到电流达到饱和。在一级近似范围内，如果漏电压大于，而小于漏极二极管击穿电压（漏衬组成的二极管承受的反向偏压），则漏-源电流与外加漏极电压无关。MOS管饱和区电流。参考图4.4，即不难理解漏-源电流饱和的物理基础。如图4.4（a）所示，对于用的中等高电阻率衬底制作的n沟道MOS场效应晶体管，在外加正值栅压（+VD1）较小的情况下，只要

感应沟道可以延伸到漏源之间的整个区域。如果沟道内任意一点的电势用V（y）表示，此处有

如果全部栅压假定统统加在栅极绝缘物上，那末，作为y函数的绝缘物内的垂直电场强度等

在漏源处的边界条件分别为

所以，当外加漏电压等于+VD1时，显然，由（4.31）给出的栅极绝缘物的电场强度，其在源区附近的值将大于其在漏区附近的值。因此，用以终止这个电场的所需要的负表面电荷密度，作为y的函数将以相同方式变化。因而，在反型层中源区附近的电子载流子总的浓度最大，随着y的增加而平稳地减小。

当漏电压数值上增加时，作为y函数的氧化层电场的变化更为明显，在漏极附近的沟道内的自由载流子浓度将下降。当漏电压增加到+VD2值时

栅极氧化物在y=L处的电场强度，由（4.31）将等于

沟道内源区附近的电子浓度将保持不变，因为源区保持零电位，氧化物内y=0处的电场强度将不随外加漏极电压的变化而改变。从阈电压的定义，（4.35）在y=L处要求

1.可动（电子）电荷密度必须等于零；

2.氧化物中的电场只以耗尽区电荷来终止。

因此，如图4.4（b）所示，VD=+VD2时，在y=L处形成表面耗尽区，在沟道漏端发生阻塞或“夹断”。在夹断时所形成的耗尽区长度远远小于沟道长度。MOS管饱和区电流。对于大于夹断电压的漏-源电压，沟道上的电压降实际保持常数，任何附加电压将加在耗尽区上，则耗尽区将向源区扩展而加宽，如图4.4（c）所示。

由于漏耗尽区扩展加宽，有效沟道长度将减小。然而，对于典型的MOS场效应晶体管结构，有效沟道长度的缩小与漏-源间距L相比是非常小的。对于一级近似，可以假定有效沟道长度是一个常数，而与外加漏电压无关。因此，在栅压恒定情况下，沟道电阻将保持常数。因为沟道的电压降和沟道电阻实际上都将保持常数，不随漏电压变化，由此可见夹断点以上的漏极电流也将在相当大的程度上保持常数。换言之，对于大于的所有漏极电压，都可以观察到饱和漏电流，此处由（4.26）给出。正如从方程看出，与饱和电流相对应的漏电压将随栅压的增加而增加。MOS管饱和区电流。对于典型n沟道MOS场效应晶体管，其作为VG的函数特性如图（4.5）所示。

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