為什么MOS管飽和區溝道夾斷了還有電流及飽和區電流公式詳解

隨著(zhù)漏源電壓不斷增大，當達到夾斷電壓時(shí)，溝道厚度在漏極處減薄為零，溝道在漏極處消失，該處只剩下耗盡層，這是所謂的夾斷；漏源電壓繼續增大，溝道的夾斷點(diǎn)向源極方向運動(dòng)，那么在溝道和漏極之間就會(huì )隔著(zhù)一段耗盡區，當溝道中的電子到達溝道端頭的耗盡區邊界時(shí)，會(huì )立即被耗盡區內的強電場(chǎng)掃入漏區，所以會(huì )有電流的存在。由于電子在耗盡區內的飄移速度已達到飽和速度，不再隨著(zhù)電場(chǎng)的增大而增大，所以漏極電流達到飽和。

MOS管,電流,漏極

當漏一源之間接上+ VDS時(shí)，從源一溝道一漏組成的N型半導體區域內產(chǎn)生了一個(gè)橫向的電位梯度：源區為零電位，漏區為+ VIB，而溝道的電位則從源端向漏端逐漸升高。在溝道的不同位置上，溝道厚度不同，源湍最厚，漏端最薄，逐漸升高。

在溝道的不同位置上，溝道厚度不同，源端最厚，漏端最薄，當VDS增大到柵一漏電位差VGS= VLS= VGS（rh）時(shí)，漏端預夾斷。這個(gè)夾斷區成了漏一源間電流通路上電阻最大的區。V璐的任何一點(diǎn)增加都必然會(huì )集中降在這里，使預夾斷區具有很強的電場(chǎng)。

由于現在被夾的只是漏端的一個(gè)小區域，在預夾斷區左邊還有N溝道，這些自由電子仍可在溝道中漂移，在到達預夾斷區時(shí)，就受夾斷區強電場(chǎng)的吸引，滑入漏區。所以，在漏端預夾斷后，漏一源之間仍有漏極電流ID。

為什么MOS管飽和區溝道夾斷了還有電流？

MOS管就像開(kāi)關(guān)。柵極（G）決定源極（S）到漏極（D）是通還是不通。以NMOS為例，圖1中綠色代表（N型）富電子區域，黃色代表（P型）富空穴區域。P型和N型交界處會(huì )有一層耗盡層分隔（也叫空間電荷區，如圖中白色分界所示）。VT是開(kāi)關(guān)的閾值，超過(guò)閾值就開(kāi)，低于閾值就開(kāi)不了。柵電壓越大，下面感應出來(lái)的電子越多，形成的溝道越寬。柵與溝道之間有氧化層隔離。在源漏沒(méi)有電壓時(shí)溝道寬窄是一樣的，這很好理解。

MOS管,電流,漏極

圖1. 柵壓產(chǎn)生溝道決定MOS管源漏之間通不通

當漏極電壓升高，柵極靠近漏極的相對電壓就小，因此溝道受其影響寬窄不同。由于電流是連續的，所以窄的地方電流密度大，這也好理解，如圖2所示。這是源漏電流IDS是隨其電壓VDS增大而線(xiàn)性增大的“線(xiàn)性區”。

MOS管,電流,漏極

圖2.溝道寬窄受兩端電壓影響（線(xiàn)性區）

要注意的是，這時(shí)柵極電壓絕對值并沒(méi)有降低，靠近漏極溝道變窄的原因，是柵極的影響力部分被漏極抵消了。一部分本來(lái)可以柵吸引形成溝道的電子，就被漏極正電壓拉過(guò)去了。

當漏極電壓繼續升高，如果超過(guò)柵電壓，造成溝道右邊不滿(mǎn)足開(kāi)通條件而“夾斷”。之所以出現夾斷點(diǎn)，是因為在這個(gè)點(diǎn)，柵極對電子的吸引力被漏極取代。這時(shí)候MOS管進(jìn)入“飽和區”，電流很難繼續隨電壓增大。

很多朋友理解不了既然這時(shí)候溝道夾斷了，不是應該截止了嗎？為什么還會(huì )繼續有電流？原因是雖然理論上溝道已經(jīng)“夾斷”，但這個(gè)夾斷點(diǎn)很薄弱。為什么說(shuō)它薄弱？因為夾斷點(diǎn)后面支撐它的不是原來(lái)P型區域，而是電壓升高更吸引電子的漏極及其空間電荷區。因此電子沖入空間電荷區，就相當于幾乎沒(méi)有阻擋的“準自由電子”快速被漏極收集。如圖3所示。

MOS管,電流,漏極

圖3.溝道“夾而不斷”（飽和區）

可以想象，隨著(zhù)靠近漏極的溝道越來(lái)越細，很多高速的電子沖過(guò)來(lái)，一部分擠過(guò)夾斷點(diǎn)進(jìn)入空間電荷區，然后被漏極正電場(chǎng)高速收集（形成示意圖中紫色電流）。漏極電壓越高，夾斷點(diǎn)越后退，造成電子越難穿越，因此飽和區電流不再隨電壓增大而線(xiàn)性增大，畢竟不是所有電子都能沖過(guò)夾斷點(diǎn)。源漏電流電壓曲線(xiàn)如圖4所示。

MOS管,電流,漏極