mos管为什么会有mos管饱和区电流公式特性的一个解释

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2016-08-20 08:45 标签： mos管的饱和区
试解释mos管具有电压放大作用的基本原理？_百度知道
试解释mos管具有电压放大作用的基本原理？
mos管是金属(metal)—氧化物(oxid)—半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。MOS管的source和drain是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。定义双极型晶体管把输入端电流的微小变化放大后，在输出端输出一个大的电流变化。双极型晶体管的增益就定义为输出输入电流之比（beta）。另一种晶体管，叫做场效应管（FET），把输入电压的变化转化为输出电流的变化。FET的增益等于它的transconductance， 定义为输出电流的变化和输入电压变化之比。市面上常有的一般为N沟道和P沟道，详情参考右侧图片（N沟道耗尽型MOS管）。而P沟道常见的为低压Mos管。场效应管的名字也来源于它的输入端（称为gate）通过投影一个电场在一个绝缘层上来影响流过晶体管的电流。事实上没有电流流过这个绝缘体，所以FET管的GATE电流非常小。最普通的FET用一薄层二氧化硅来作为GATE极下的绝缘体。这种晶体管称为金属氧化物半导体(MOS)晶体管，或,金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）。因为MOS管更小更省电，所以他们已经在很多应用场合取代了双极型晶体管。无论N型或者P型MOS管，其工作原理本质是一样的。MOS管是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。MOS管是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性，不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应，因此在开关应用中，MOS管的开关速度应该比三极管快。
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baidu://baike.htm" target="_blank">/view/1221507.baidu！如果还是不明白就看.com/view/1221507其实简单的说就是输入的信号控制源极到漏极阻抗（沟道），从而使加在输出端上的电压（因为它的电流通过源极到漏极）随着输入信号变化而变化：<a href="http://baike
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现在被广泛使用MOS管就是场效应管,场效应管是一种重要电子元件,是一种电压控制元件.场效应管具有三个接脚,原理是依靠一个信号控制导电构宽度从而控制导电性,依靠电压信号进行放大,他具有和以前的电子管一样的特性
首先考虑两种极限情况：当vI处于逻辑0时 ，相应的电压近似为0V；而当vI处于逻辑1时，相应的电压近似为VDD。假设在两种情况下N沟道管 TN为工作管P沟道管TP为负载管。但是，由于电路是互补对称的，这种假设可以是任意的，相反的情况亦将导致相同的结果。
下图分析了当vI=VDD时的工作情况。在TN的输出特性iD—vDS（vGSN＝VDD）(注意vDSN=vO)上 ，叠加一条负载线，它是负载管TP在 vSGP=0V时的输出特性iD－vSD。由于vSGP＜VT（VTN=|VTP|=VT），负载曲线几乎是一条与横轴重合的水平线。两条曲线的交点即工作点。显然，这时的输出电压vOL≈0V（典型值＜10mV ，而通过两管的电流接近于零。这就是说，电路的功耗很小（微瓦量级）
下图分析了另一种极限情况，此时对应于vI＝0V。此时工作管TN在vGSN＝0的情况下...
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MOS管的夹断区和饱和区的区别是什么
栅极电压可以产生沟道，也可以使沟道消失——夹断；而源-漏电压也有可能使MOSFET的沟道夹断（局部夹断），则沟道夹断的电压对应有两个电压。一般，产生或者夹断沟道的栅极电压称为阈值电压VT，而使沟道夹断的源-漏电压往往称为饱和电压Vsat，因为这时的源-漏电流最大、并饱和（即与源-漏电压无关）。（1） 耗尽型n-MOSFET：耗尽型MOSFET在栅极电压为0时即存在沟道。当负栅电压增大到使沟道夹断（整个沟道均匀夹断）时，这时的栅电压就称为夹断电压Vp——耗尽型MOSFET的阈值电压。在VGS&Vp时，IDS=0，即为截止状态。在VGS&Vp时，存在沟道，IDS≠0：若VDS较低，则为线性导电状态；若VDS= (Vp－VGS)时，则沟道在漏极端附近处夹断（非整个沟道夹断），漏极电流达到最大——饱和电流，这时的源-漏电压就称为饱和电压。饱和电压也就是使沟道发生局部夹断时的源-漏电压。在VDS≥Vsat= (Vp－VGS)即为MOSFET的饱和区。（2）增强型n-MOSFET：增强型MOSFET在栅极电压为0时即不存在沟道。当正栅电压增大到出现沟道时，这时的栅极电压特称为开启电压Vop——增强型MOSFET的阈值电压。在VGS&Vop时，没有沟道，则IDS=0，即为截止状态。在VGS&Vop时，存在沟道，IDS≠0：若VDS较低，则为线性导电状态；若VDS≥ (VGS－Vop)时，则沟道在漏极端附近处夹断（非整个沟道夹断），漏极电流达到最大、并饱和，MOSFET即进入饱和状态。沟道开始夹断时的源-漏电压即为饱和电压Vsat= (VGS－Vop)。（3）沟道夹断以后的导电性：场效应晶体管是依靠多数载流子在沟道中的导电来工作的。没有沟道（栅极电压小于阈值电压时），即不导电——截止状态。出现了沟道（栅极电压大于阈值电压时），即可导电；并且在源-漏电压增大到使得沟道在漏极端夹断以后，其电流达到最大——饱和电流，即导电性能更好。为什么集电区能够很好地导电？因为沟道夹断区实际上就是载流子被耗尽的区域，其中存在有沿着沟道方向的电场，所以只要有载流子到达夹断区边缘，就很容易被扫过夹断区而到达漏极——输出电流。可见，沟道夹断区与BJT的反偏集电结的势垒区类似，不但不起阻挡载流子的作用，而且还将有利于载流子的通过。因此，沟道夹断以后，器件的输出电流饱和，即达到最大。
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MOS管为什么会有饱和区特性的一个解释作者：gaojun927MOS有饱和区特性这件事据说Tsividis用河流与大坝模型来解释。这里我想用一个半物理半形象的模型来解释一下。首先回顾一下电流是怎样形成的，这有利于我们下面的分析。半导体中载流子运动方式一种是漂移，主要是多子在电场影响下移动。另一种是扩散，主要是少子在浓度影响下移动。Mos是多子器件，因此以漂移为主。我们就忽略扩散效应。当以漂移为主时，电流就等于截面积的电荷Q乘以迁移率u再乘以电场强度E。如果是普通导体，各个截面积的电荷不同，但是电流是连续的，也就意味者各处电场强度不同。但是电场强度沿电流方向的积分就是电势。从这个就可以推导出电阻串联的公式。电压在电阻高的地方分配的多，电阻低的地方分配的少以保证电流的连续性。MOS的特性有些特殊。他的电荷与该处的电势有关系（因为在正常工作时，主要都是反型层电荷）。当VGS大于VTH，VDS等于0时，沟道电势完全相等，各处的反型层电荷也完全一样多。这是一个非常好的均匀电阻。此时可以等效算出一个等效电阻。但是如果维持VGS不变，当VDS轻微增加δV时，可以想象的到，由于源端的电势不变，因此源端的电荷基本不变；漏端的电位增加，漏端电荷开始减少。相应的，漏端等效电阻变大，电场强度也大一些。对整个沟道而言，电流也会增加，但是在源端来看，他得到的电场强度增加量比平均分配的要少一些，意味者此时的动态电阻比VDS为0时要大一些。所以I-VDS曲线不会是沿着直线变化，而是逐渐向下偏离。当VDS逐步增加时，总有一天会导致漏端的电荷为0。当这个时刻到来时，再增加δV，压降就会全部落在漏端这一点上，而源端到漏端的电荷与电场强度再也不发生变化，这就是VDSAT点。在这点动态电阻开始变为无穷大，电流不再变化，MOS管从线性区进入饱和区。如果我们假定当VDS=VGS-VTH时，载流子浓度突变为0，那么这就意味者夹断区域（载流子为0的区域）长度为无穷小，饱和区输出阻抗为无穷大。这是由于如果夹断区域不是无穷小，那么夹断区是绝缘的，一个绝缘材料串联一个导体会使得电流为0。但实际并没有这种无穷小存在。在前面的推导中，载流子浓度突变为0来自于耗尽层近似，同时忽略了少子扩散。当考虑到以上两个效应后，可以知道在这个区域载流子浓度非常小，但不是0，增加的压降仍然会落在这个区域，但是这个区域长度非常小，电势差近似为vdsat，因此场强非常大，并且会随着VDS增加而变化，输出阻抗也不见得是无穷大。这就解释了为什么MOS会有饱和区特性。同时从上面的描述可以看出，在夹断区域载流子浓度不是0，我们也无需讨论为什么夹断了，电流还能流过这个区域。另一方面，在传统的推导中，会出现当VDS大于VDSAT，电流下降的曲线。然后书中直接说在VDSAT点取极值得到分区模型。其实这是由于在推导使用的电荷公式只适合反型区域。当变为耗尽区时，公式会推导出负的载流子浓度从而导致错误。前面的讨论不是很严格，有很多隐含的假设前提。但是基本的大框架还是物理的。所以可以作为一个简化模型形象理解公式推导。如果想进一步严格的用公式推导，可以参考《用于VLSI模拟的小尺寸MOS器件模型》这个书。该书中作者就从最基本的前提出发，列出公式，然后使用一步步简化假设求解公式，从而得到了不同的器件模型。我们也很容易从这个过程中看出，是哪个假设导致了简化模型的差异关注微信号eetop-1，回复关键词 mos，阅读相关文章MOS器件的深度解析MOS开关、互补开关、CMOS开关、传输门、马鞍曲线仿真方法浅谈MOSFET有多少种“击穿”？根据PDK仿真得到MOSEFET的手算参数（K,Vth）如何彻底读懂并理解MOSFET的Datasheet
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