MOS 预夹断到底是什么
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MOS管就像一個(gè)開關(guān),柵極(Gate)決定源極(Souce)到漏極(Drain)的溝道(Channel)是開還是關(guān)。
以NMOS為例,圖中綠色代表(N型)富電子區(qū)域,黃色代表(P型)富空穴區(qū)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(qū),如圖中白色分界所示)。
(V_{T}) 是開關(guān)的閾值,超過閾值就開,低于閾值就關(guān)。柵電壓越大,下方吸引的電子越多,形成的溝道就越深。柵與溝道之間有氧化層隔離。在源漏沒有電壓時(shí)溝道寬窄是一樣的,這很好理解。
當(dāng)漏極電壓升高,柵極靠近漏極的相對(duì)電壓就小,因此溝道受其影響寬窄不同。由于電流是連續(xù)的,所以窄的地方電流密度大,這也好理解,如下圖所示。這是源漏電流 (I_{DS}) 是隨其電壓 (V_{DS}) 增大而線性增大的線性區(qū)。
要注意的是,這時(shí)柵極電壓絕對(duì)值并沒有降低,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。一部分本來可以柵吸引形成溝道的電子,就被漏極正電壓拉過去了。
當(dāng)漏極電壓繼續(xù)升高,如果超過柵電壓,造成溝道右邊不滿足開通條件而夾斷。之所以出現(xiàn)夾斷點(diǎn),是因?yàn)樵谶@個(gè)點(diǎn),柵極對(duì)電子的吸引力被漏極取代。這時(shí)候 MOS 管進(jìn)入飽和區(qū),電流很難繼續(xù)隨電壓增大。
既然這時(shí)候溝道夾斷了,不是應(yīng)該截止了嗎?為什么還會(huì)繼續(xù)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。為什么說它薄弱?因?yàn)閵A斷點(diǎn)后面支撐它的不是原來P型區(qū)域,而是電壓升高更吸引電子的漏極及其空間電荷區(qū)。因此電子沖入空間電荷區(qū),就相當(dāng)于幾乎沒有阻擋的準(zhǔn)自由電子快速被漏極收集。如圖3所示。
可以想象,隨著靠近漏極的溝道越來越細(xì),很多高速的電子沖過來,一部分?jǐn)D過夾斷點(diǎn)進(jìn)入空間電荷區(qū),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(qū)電流不再隨電壓增大而線性增大,畢竟不是所有電子都能沖過夾斷點(diǎn)。源漏電流電壓曲線下圖所示。
當(dāng)然,如果漏極的電壓繼續(xù)上升,它的空間電荷區(qū)持續(xù)擴(kuò)張達(dá)到源極,那么源極的電子就會(huì)不受溝道和柵壓的控制,直接經(jīng)過空間電荷區(qū)高速到達(dá)漏極,這就是源漏直接穿通了,這時(shí) MOS 管也就直接損壞了。
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總結(jié)
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