.场效应管在漏端预夹断后,为什么还有漏电ID

本文详细解释了在特定电压条件下,MOSFET中出现预夹断现象的过程及其对漏极电流的影响,并探讨了二极管PN结中存在的两种电容——势垒电容和扩散电容的形成原理。

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当两个耗尽区有交点时,就出现预夹断


当漏一源之间接上+ VDS时,从源一沟道一漏组成的N型半导体区域内产生了一个横向的电位梯度:源区为零电位,漏区为+ VIB,而沟道的电位则从源端向漏端逐渐升高。在沟道的不同位置上,沟道厚度不同,源湍最厚,漏端最薄,逐渐升高。在沟道的不同位置上,沟道厚度不同,源端最厚,漏端最薄,当VDS增大到栅一漏电位差VGS= VLS= VGS(rh)时,漏端预夹断。这个夹断区成了漏一源间电流通路上电阻最大的区。V璐的任何一点增加都必然会集中降在这里,使预夹断区具有很强的电场。由于现在被夹的只是漏端的一个小区域,在预夹断区左边还有N沟道,这些自由电子仍可在沟道中漂移,在到达预夹断区时,就受夹断区强电场的吸引,滑入漏区。所以,在漏端预夹断后,漏一源之间仍有漏极电流ID。


其它问题:

40.当温度升高时,二极管的反向饱和电流应该如何变化?当温度升高时,二极管的反向饱和电流应该增大。因为温度升高时,本征半导体激发增大,半导体中少子的数量增多,而反向饱和电流是由少子形成的。41.二极管PN结中存在哪几种电容?形成原因是什么?二极管PN结存在两种电容:势垒电容和扩散电容。(1)势垒电容:二极管PN结的空间电荷区的电荷是随外加电压变化的。例如外加正向电压,当电压升高时,N区的电子和P区的空穴就会进入耗尽区进而中和部分带正电荷的失主离子和带负电荷的受主离子,就如同有部分电子和空穴存入PN结,相当于对一个电容充电。当外加正向电匪下降时,部分电子和空穴从耗尽区脱离,如同电容放电。势垒电容的大小与PN结面积成正比,与耗尽区的厚度成反比。当PN结上加反向电压时,耗尽区厚度变大,故势垒电容很小。但由于势垒电容是与结电阻并联,其作用不可忽略。所以势垒电容在反向偏置时更加重要。(2)扩散电容:为了使PN结形成扩散电流,PN结内电荷必须要有浓度差,PN结边缘处的浓度大,远离PN结处浓度小,也就是说在P区有电子的积累,N区有空穴的积累。当外加正向电压变大,有更多的载流子积累起来以满足电流加大的要求。反之,电压变小时,载流子积累变少。这就如同电容的充电和放电。当PN结正向偏置时,电流随外加电压变化大,扩散电容较大。反向偏置时,电流较小,扩散电容很小,一般可忽略。

<think>嗯,用户这次的问题聚焦在MOS管夹断后的电流特性上,看来ta正在学习半导体器件的物理机制。从问题表述的精确性来看,用户应该具备一定的电子学基础,可能是在校研究生或工程师。用户引用了四篇文献片段,其中[^2]和[^4]直接讨论夹断现象,说明ta已经做过初步调研但需要更系统的物理解释。 用户真正的困惑点在于两个矛盾现象:1)夹断字面意思应是通道阻断,为何电流还能存在;2)电流达到饱和而非归零。这需要从耗尽型MOSFET的电场分布本质切入。我注意到引用[^2]提到"耗尽区扩展到整个沟道"时仍存在uDS电压,但未解释后续电流机制;引用[^4]尝试用耗尽层增大解释夹断,但对电流饱和的解释不够严谨。 需要重点澄清三个物理概念:首先是"夹断"的真实含义——并非通道物理断裂,而是沟道在形成高阻态耗尽区;其次是载流子穿越耗尽区的机制,类比PN结的反偏电流;最后是夹断点后的电场重分布效应。用户可能混淆了JFET和MOSFET的夹断区别,需特别强调MOS管中栅极电压对沟道的垂直控制特性。 在回答结构上,应该采用"现象-矛盾-本质"的递进框架:先指出夹断电流存在的实验事实,再用能带理论解释载流子输运,最后用沟道长度调制效应说明饱和电流的微小变化。要避免直接抛公式,而是用沟道电势分布的示意图辅助说明——虽然文本回复无法绘图,但可以用"耗尽区"、"源电子注入"等术语构建思维图像。 考虑到用户引用文献的严谨性,回复中需要标注物理解释的参考依据。比如夹断区电场强度对载流子的加速作用对应引用[^2]的耗尽层描述,电流饱和的数学推导可关联引用[^4]的定性分析。但要注意修正引用[^4]的错误表述:夹断电流恒定是近似说法,实际存在沟道长度调制效应。 最后生成的问题要引导用户向器件物理深层思考:第一个问题关联温度效应,揭示饱和电流并非完全恒定;第二个问题指向实际电路设计痛点;第三个问题则串联起JFET与MOSFET的特性对比。这种设计既能检验用户理解程度,又能自然延伸学习路径。</think>MOS管夹断电流($I_D$)仍存在并趋于饱和,其核心原因在于**沟道并未完全物理阻断**,而是形成**高阻态的耗尽区**,同时**源电子仍可注入该区域并被强电场扫向极**。具体分析如下: --- ### **关键机制分析** 1. **夹断的本质**: - 当源电压 $V_{DS}$ 增大到临界值($V_{DS} \geq V_{GS} - V_{th}$,$V_{th}$为阈值电压),极附近沟道被耗尽层覆盖,形成**夹断点**(Pinch-off Point)[^2][^4]。 - **夹断≠物理断开**:夹断区是高阻耗尽层,但沟道在源仍保持开启状态(如图示)。 ```plaintext 源极(S) 夹断极(D) |<--- 低阻沟道 -->|<---- 高阻耗尽层 --->| ┌───┐ ▼ ┌───┐ │ │-------●--------- │ │ └───┘ 沟道变窄 └───┘ 电子注入 耗尽区扩大 ``` 2. **电流维持机制**: - **源电子注入**:源极持续向沟道注入电子,载流子到达夹断点边缘时,被夹断区**强电场加速**($E \propto V_{DS}$),以饱和速度穿越耗尽区[^4]。 - **电场主导输运**:夹断电流由耗尽区电场强度决定,而非沟道电阻。$I_D$ 表达式为: $$I_{D} = \frac{\mu_n C_{ox}}{2} \cdot \frac{W}{L} (V_{GS} - V_{th})^2 \quad (V_{DS} \geq V_{GS} - V_{th})$$ 其中 $\mu_n$ 为电子迁移率,$C_{ox}$ 为栅氧电容,$W/L$ 为宽长比[^2]。 3. **电流饱和的原因**: - **沟道电荷“瓶颈”**:夹断点处的沟道厚度趋近于零,单位时间通过该截面的电荷量达到极限(类似水坝泄洪口流量上限)。 - **栅压控制主导**:$I_D$ 主要取决于栅压 $V_{GS}$ 对沟道电荷密度的控制,$V_{DS}$ 进一步增加仅使夹断点略向源移动,**不显著增加电荷量**(如图示)[^2][^4]。 ```plaintext V_DS增大前: 夹断点● V_DS增大后: 夹断点●' (略左移) |<-- 低阻区缩短 -->| ``` --- ### **物理过程总结** | **阶段** | **沟道状态** | **电流特性** | |----------------|----------------------------|---------------------------| | **线性区** | 全沟道开启,电阻恒定 | $I_D \propto V_{DS}$ | | **夹断** | 沟道开始耗尽 | $I_D$ 增长率下降 | | **饱和区** | 夹断点形成,耗尽区扩大 | $I_D \approx$ 恒定 | > ⚠️ 实际饱和电流有微小上升(沟道长度调制效应),因 $V_{DS}$ 增大会缩短有效沟道长度 $L_{eff}$,导致 $I_D$ 略增,但通常忽略。 --- ### **附加说明** - **耗尽型 vs 增强型**:上述分析适用于N沟道耗尽型MOS(引用[^1][^2]),增强型原理相同,区别仅在于 $V_{th}$ 极性。 - **静电防护重要性**:因栅极绝缘层易被高压击穿,操作时需严格防静电(引用[^3])。
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