N沟道增强型MOS管的工作原理

1．v_GS对i_D及沟道的控制作用

(a)

(b)

(c)

图 1

MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。从图1(a)可以看出，增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。当栅-源电压v_GS=0时，即使加上漏-源电压v_DS，而且不论v_DS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流i_D≈0。

若在栅-源极间加上正向电压，即v_GS＞0，则栅极和衬底之间的SiO₂绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场，这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同时P衬底中的电子（少子）被吸引到衬底表面。当v_GS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如图1(b)所示。v_GS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当v_GS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N⁺区相连通，在漏-源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层，如图1(c)所示。v_GS越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。我们把开始形成沟道时的栅-源极电压称为开启电压，用V_T表示。

由上述分析可知，N沟道增强型MOS管在v_GS＜V_T时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。只有当v_GS≥V_T时，才有沟道形成，此时在漏-源极间加上正向电压v_DS，才有漏极电流产生。而且v_GS增大时，沟道变厚，沟道电阻减小，i_D增大。这种必须在v_GS≥V_T时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。

2．v_DS对i_D的影响

(a)	(b)
(c)
图 2

如图2(a)所示，当v_GS>V_T且为一确定值时，漏-源电压v_DS对导电沟道及电流i_D的影响与结型场效应管相似。漏极电流i_D沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚，而漏极一端电压最小，其值为v_GD=v_GS - v_DS，因而这里沟道最薄。但当v_DS较小（v_DS<v_GS–V_T）时，它对沟道的影响不大，这时只要v_GS一定，沟道电阻几乎也是一定的，所以i_D随v_DS近似呈线性变化。

随着v_DS的增大，靠近漏极的沟道越来越薄，当v_DS增加到使v_GD=v_GS-v_DS=V_T(或v_DS=v_GS-V_T)时，沟道在漏极一端出现预夹断，如图2(b)所示。再继续增大v_DS，夹断点将向源极方向移动，如图2(c)所示。由于v_DS的增加部分几乎全部降落在夹断区，故i_D几乎不随v_DS增大而增加，管子进入饱和区，i_D几乎仅由v_GS决定。