深扒“亚稳态”的底裤，从MOS管到CMOS门电路，再到亚稳态分析

1 从MOS管原理学起

MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体 场效应晶体管）

1.1 N沟道增强型MOS管：

1. 不加电压，此时，载流子由于浓度差而产生的扩散作用 与 内建电场作用下的漂移运动 达到动态平衡，形成PN结。源极S（Source）与漏极D（Drain）之间为两只背向的PN结。不存在导电沟道，所以源漏不导通。
   

2. $v_{DS}=0,v_{GS}>0$。注意栅极G（Gate）与P型衬底间有一层$Si{O}_2$，导致不导通，但由于外电场作用吸引电子。这些电子形成N型薄层（反型层）
   

使沟道刚形成的电压称为开启电压（$U_{GS(th)}$）,$v_{GS}$越大，沟道越大，电阻越小。
3. $v_{DS}>0,v_{GS}>U_{GS(th)}$。
因为存在沟道，若$v_{DS}>0$,则有漏极到源极的电流。
造成：沟道中各点与栅极间的电压不相等，而是沿沟道从源极到漏极逐渐变大，即漏极一侧的耗尽层比源极宽。即漏极一侧沟道比源极窄：

结果：

• $v_{DS}<v_{GS}-U_{GS(th)}$：$v_{DS}$的增大使$i_D$线性增大，同时漏极一侧也在不断变窄。
• $v_{DS}=v_{GS}-U_{GS(th)}$：即$v_{GD}=v_{GS}-v_{DS}=U_{GS(th)}$，漏极一侧沟道出现夹断点，称为预夹断。
• $v_{DS}>v_{GS}-U_{GS(th)}$：随着$v_{DS}$的增大，夹断区延长，$v_{DS}$增大的部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力。
  所以输出电流特性曲线呈现：
  

1.2 其他3种类型MOS管

1. P沟道增强型MOS管
   P沟道增强型MOS管 开启电压$U_{GS(th)}<0$。 v G S < U G S ( t h ) v_{GS}<U_{GS(th)} v