MOS管輸出特性曲線的定性討論

前面對MOS管的工作情況，已經作了簡單的介紹，現在進一步分析MOS管的輸出特性。所謂MOS管的輸出特性，是指當柵源電壓一定，漏源電流IDS隨漏源電壓的變化規律。

整個MOS管（以N溝道為例）工作時的偏置電壓及轉移特性由圖1-2表示。MOS管輸出特性曲線，可像雙極型管一樣用JT-1圖示儀顯示出來，如圖1-20所示。

圖中每根曲線，對應一個柵壓VGS，最底下的一根曲線，對應VGS-VT。從圖上可直接看到，當VGS≤VT，IDS幾乎為零，不隨VGS變化，這時溝道還沒有形成或剛形成。

當VGS超過VT為一定值時，溝道已經形成，IDS將隨VDS而變化。VDS較小時，IDS隨VGS增加而增加。等到VDS增加至一定值后（圖中以虛線為界），VDS的增加并不明顯地引起IDS的增加，我們認為這時電流飽和了。如果VGS進一步加大到某一值，IDS急劇上升，此時漏區PN結反向擊穿。綜上所述，MOS管的輸出特性曲線可分為四個區域。圖中虛線左邊為非飽和區，右邊為飽和區，在電流猛增的區域稱為擊穿區，VGS≤VT下面的區域IDS=0稱為截止區。MOS管輸出特性，MOS管的輸出特性曲線為什么會出現非飽和區與飽和區，這是我們需要研究的問題。

1、非飽和區

當VG>VT，VDS=0時，就會形成溝道，并且溝道厚度從源到漏都一樣，如圖1-21（a）所示。如果VGS>VT，并且從源漏間加以不大的偏壓VDS時，從漏到源溝道的寬度就不再一樣。因為，溝道區靠源端的電壓為零，而靠漏端的電壓為VDS，溝道沿源漏方向各點電位不一樣。因此，隔著SiO2靠源端的柵和溝道之間的電位差為VGS，而柵與靠漏端的溝道電壓為（VGS-VDS），中間為過度電壓區。這說明柵下面溝道區各點電壓降不同，電場當然也不同。這樣，溝道的厚度將沿漏方向逐漸減薄，反型層中載流子濃度的分布也沿漏方向逐漸減少，如圖1-21（b）所示。在這種情況下，整個溝道區可看成一個電阻，所以電流IDS隨VGS增加而增加。但是，由于VDS的增加會使溝道沿漏方向變薄，即溝道電阻隨著VDS的增加也相應地變大，所以IDS的增加并不隨VDS呈線性方式增加，而是逐漸減慢其增加的速率。如圖1-20中非飽和區的右邊部分所示。

2、飽和區

當VDS=VGS-VT時，在漏極處的溝道被夾斷（耗盡區仍存在），如圖1-21（c）所示。如果VDS繼續增加至VDS>VGS-VT時，就進入飽和區。這時漏源電壓的作用將進一步使溝道夾斷區增加，這個區域就成了源漏間電流通路上電阻最大的區域，于是漏源間的電壓就必然集中地降落在這里，從而使夾斷區具有很大的電場。MOS管輸出特性，此外，在夾斷區的左邊還存在著未被夾斷的N型溝道，這里的情況與非飽和狀態工作時差不多，從源發出的電子可以在溝道中遷移通過，到了夾斷區后，將受到夾斷區中強電場的作用掃入漏區。由于溝道夾斷后，進一步增加的漏極電壓基本上都降落在夾斷區，而未夾斷的溝道中的電場分布基本上不隨VDS增加，當然IDS也就不隨VDS增加了。

如果VGS增加，溝道的起始厚度跟著增加，特性曲線進入飽和區的漏源電壓也就升高，不過始終滿足VDS=VGS-VT的關系。

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