mos管(guan)三个工作区(qu)-完全(quan)导通区(qu)、截止区(qu)、线性区(qu)等详(xiang)细分析-KIA MOS管(guan)
信息(xi)来源：本站 日(ri)期：2019-06-25
在了解MOS管三(san)个工作(zuo)区之前，先(xian)了解一下MOS管三(san)个工作(zuo)区分别是什么？下面讲述MOS管场效(xiao)应管的四个区域：
（1）可变(bian)电(dian)阻(zu)区(qu)（也称(cheng)非饱和(he)区(qu)）
满足Ucs》Ucs（th）（开(kai)启电(dian)(dian)压），uDs《UGs-Ucs（th），为图中预夹断(duan)轨迹左边的区域其沟道(dao)开(kai)启。在该区域UDs值(zhi)较小，沟道(dao)电(dian)(dian)阻基本上仅(jin)受UGs控(kong)制。当(dang)uGs一定(ding)时(shi)(shi)，ip与(yu)uDs成线性关系，该区域近似为一组(zu)直线。这时(shi)(shi)场效管D、S间相当(dang)于一个受电(dian)(dian)压UGS控(kong)制的可变电(dian)(dian)阻。
（2）恒流区(qu)（也(ye)称饱(bao)和区(qu)、放大(da)区(qu)、有源区(qu)）
满(man)足Ucs≥Ucs（h）且Ubs≥UcsUssth），为图中(zhong)预夹(jia)断(duan)轨迹右边(bian)、但尚未击(ji)穿的区(qu)(qu)域(yu)，在该区(qu)(qu)域(yu)内，当uGs一定(ding)时，ib几乎不(bu)随UDs而(er)变化，呈恒(heng)流特性。i仅受UGs控(kong)制，这(zhei)时场效(xiao)(xiao)应(ying)管D、S间相当于一个受电压uGs控(kong)制的电流源。场效(xiao)(xiao)应(ying)管用于放大(da)电路时，一般就工作在该区(qu)(qu)域(yu)，所以也称(cheng)为放大(da)区(qu)(qu)。
（3）夹断区（也称截(jie)止区）
夹断区（也称截(jie)止区）满足(zu)ucs《Ues（th）为(wei)(wei)图中(zhong)靠近(jin)横轴的区域，其沟道(dao)被全(quan)部夹断，称为(wei)(wei)全(quan)夹断，io=0，管(guan)子不工作(zuo)。
（4）击(ji)穿区位(wei)
击(ji)穿(chuan)区(qu)位于图中右边的(de)(de)区(qu)域。随(sui)着UDs的(de)(de)不断增(zeng)大，pn结因承受太大的(de)(de)反向电压而击(ji)穿(chuan)，ip急剧(ju)增(zeng)加。工作时(shi)应避免管(guan)子工作在击(ji)穿(chuan)区(qu)。
转移(yi)特性(xing)曲(qu)线(xian)可以(yi)从输(shu)出特性(xing)曲(qu)线(xian)。上用作图的(de)方(fang)法求得。例如在(zai)下(xia)(xia)图（a）中(zhong)作Ubs=6V的(de)垂直(zhi)线(xian)，将其(qi)与(yu)各条曲(qu)线(xian)的(de)交(jiao)点(dian)对应的(de)i、Us值在(zai)ib- Uss 坐(zuo)标中(zhong)连(lian)成曲(qu)线(xian)，即得到转移(yi)性(xing)曲(qu)线(xian)，如图下(xia)(xia)（b）所示。
MOSFET的漏极(ji)导(dao)通(tong)特(te)性(xing)如图1所示，其工作特(te)性(xing)有MOS管三个工作区：截止区、线(xian)性(xing)区和?完(wan)全导(dao)通(tong)区。其中，线(xian)性(xing)区也称(cheng)恒(heng)流区、饱和区、放大区;完(wan)全导(dao)通(tong)区也称(cheng)可变电阻区。
MOSFET的(de)漏极导通特(te)性
通常MOSFET工(gong)作于开关状态(tai)，在截止区(qu)(qu)和完全导通区(qu)(qu)之间高频切换(huan)(huan)，由于在切换(huan)(huan)过程中要经过线性区(qu)(qu)，因(yin)此产生开关损耗。对于热插拨(bo)、负载开关、分立(li)LDO的(de)调整管等(deng)这一(yi)类的(de)应用，MOSFET较(jiao)长时间或一(yi)直在线性区(qu)(qu)工(gong)作，因(yin)此工(gong)作状态(tai)不同。
功(gong)率MOSFET在完全导(dao)通(tong)区(qu)和线性(xing)(xing)区(qu)工作(zuo)时(shi)候，都可以(yi)流(liu)(liu)(liu)过大的(de)电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)。理论上，功(gong)率MOSFET是(shi)单极型器(qi)件，N沟道(dao)的(de)功(gong)率MOSFET，只有电(dian)(dian)子电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)，没有空穴(xue)电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)，但是(shi)，这只是(shi)针对完全导(dao)通(tong)的(de)时(shi)候;在线性(xing)(xing)区(qu)，还是(shi)会(hui)同时(shi)存在电(dian)(dian)子和空穴(xue)二种(zhong)电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)，如图(tu)2、图(tu)3和图(tu)4分(fen)别所(suo)示，完全导(dao)通(tong)区(qu)和线性(xing)(xing)区(qu)工作(zuo)时(shi)，电(dian)(dian)势、空穴(xue)和电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)线分(fen)布图(tu)。
MOS管在线(xian)性(xing)区工(gong)作时(shi)，器件(jian)同时(shi)承受高的(de)电压(ya)和高的(de)电流时(shi)，会产(chan)生(sheng)下面(mian)的(de)问(wen)题：
1、内(nei)部的电(dian)场(chang)大，注入更(geng)多(duo)的空穴。
2、有效的(de)沟道宽度比完全导(dao)通(tong)时(shi)小。
3、改变(bian)Vth和降低击穿电压。
4、Vth低(di)，电流更(geng)容易倾向(xiang)于(yu)局(ju)部(bu)(bu)的集中，形(xing)成热点;负温度系数特(te)性进一步恶化局(ju)部(bu)(bu)热点。
功(gong)率(lv)MOSFET工(gong)作在线性区时，器件承受高的(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)，耗尽(jin)层高压(ya)(ya)偏置导致(zhi)有效的(de)体(ti)电(dian)(dian)(dian)荷(he)减小(xiao);工(gong)作电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)越高，内部(bu)的(de)电(dian)(dian)(dian)场(chang)越高，电(dian)(dian)(dian)离加(jia)强产生更(geng)多电(dian)(dian)(dian)子-空(kong)穴(xue)对，形成较大的(de)空(kong)穴(xue)电(dian)(dian)(dian)流。特别是(shi)如(ru)果工(gong)艺不一致(zhi)，局部(bu)区域达到临界(jie)电(dian)(dian)(dian)场(chang)，会产生非常强的(de)电(dian)(dian)(dian)离和更(geng)大的(de)空(kong)穴(xue)电(dian)(dian)(dian)流，增加(jia)寄(ji)生三极管导通(tong)的(de)风险(xian)。
栅极电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)可(ke)以(yi)产(chan)生沟道(dao)，也可(ke)以(yi)使(shi)沟道(dao)消失——夹(jia)断(duan)；而源-漏(lou)(lou)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)也有(you)可(ke)能使(shi)MOSFET的沟道(dao)夹(jia)断(duan)（局(ju)部夹(jia)断(duan)），则沟道(dao)夹(jia)断(duan)的电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)对应有(you)两个(ge)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)。一般，产(chan)生或(huo)者夹(jia)断(duan)沟道(dao)的栅极电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)称(cheng)为(wei)阈值电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)VT，而使(shi)沟道(dao)夹(jia)断(duan)的源-漏(lou)(lou)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)往往称(cheng)为(wei)饱和电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)Vsat，因为(wei)这(zhei)时的源-漏(lou)(lou)电(dian)(dian)(dian)(dian)流最(zui)大、并饱和（即与(yu)源-漏(lou)(lou)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)无关）。
（1） 耗尽型n-MOSFET：
耗尽型MOSFET在栅极电压(ya)为0时即存在沟(gou)(gou)道。当(dang)负栅电压(ya)增(zeng)大到使沟(gou)(gou)道夹(jia)断（整个沟(gou)(gou)道均匀(yun)夹(jia)断）时，这时的(de)栅电压(ya)就称(cheng)为夹(jia)断电压(ya)Vp——耗尽型MOSFET的(de)阈值(zhi)电压(ya)。
在VGS>Vp时(shi)，IDS=0，即为截止状态。
在(zai)(zai)VGS<Vp时(shi)，存在(zai)(zai)沟道(dao)(dao)(dao)，IDS≠0：若VDS较低(di)，则为线性导电(dian)状态；若VDS= (Vp－VGS)时(shi)，则沟道(dao)(dao)(dao)在(zai)(zai)漏(lou)极端附近处夹断(duan)（非整个沟道(dao)(dao)(dao)夹断(duan)），漏(lou)极电(dian)流(liu)达到最大——饱(bao)和电(dian)流(liu)，这时(shi)的源-漏(lou)电(dian)压(ya)就称为饱(bao)和电(dian)压(ya)。饱(bao)和电(dian)压(ya)也就是使沟道(dao)(dao)(dao)发生局部夹断(duan)时(shi)的源-漏(lou)电(dian)压(ya)。在(zai)(zai)VDS≥Vsat=(Vp－VGS)即为MOSFET的饱(bao)和区。
（2）增强型n-MOSFET：
增(zeng)(zeng)(zeng)强(qiang)型MOSFET在(zai)栅极电(dian)压为(wei)0时(shi)(shi)即不存在(zai)沟(gou)道(dao)。当(dang)正(zheng)栅电(dian)压增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)到(dao)出现沟(gou)道(dao)时(shi)(shi)，这时(shi)(shi)的栅极电(dian)压特(te)称为(wei)开启电(dian)压Vop——增(zeng)(zeng)(zeng)强(qiang)型MOSFET的阈值电(dian)压。
在VGS<Vop时，没有沟(gou)道(dao)，则IDS=0，即为截止(zhi)状态。
在VGS>Vop时，存在沟(gou)(gou)道，IDS≠0：若(ruo)VDS较低，则为(wei)线性(xing)导电(dian)状(zhuang)态(tai)；若(ruo)VDS≥ (VGS－Vop)时，则沟(gou)(gou)道在漏极端(duan)附近处夹(jia)断（非整个沟(gou)(gou)道夹(jia)断），漏极电(dian)流达到最大(da)、并(bing)饱(bao)(bao)和(he)，MOSFET即进入饱(bao)(bao)和(he)状(zhuang)态(tai)。沟(gou)(gou)道开始(shi)夹(jia)断时的源-漏电(dian)压(ya)即为(wei)饱(bao)(bao)和(he)电(dian)压(ya)Vsat= (VGS－Vop)。
（3）沟道夹断以后的(de)导电性：
场(chang)效应晶(jing)体管(guan)是依(yi)靠(kao)多数载流子在(zai)沟(gou)(gou)(gou)道中的导(dao)电(dian)(dian)来工作的。没有沟(gou)(gou)(gou)道（栅(zha)极(ji)电(dian)(dian)压小于阈值电(dian)(dian)压时），即不导(dao)电(dian)(dian)——截止状(zhuang)态。出现(xian)了沟(gou)(gou)(gou)道（栅(zha)极(ji)电(dian)(dian)压大于阈值电(dian)(dian)压时），即可(ke)导(dao)电(dian)(dian)；并且在(zai)源-漏电(dian)(dian)压增大到(dao)使得沟(gou)(gou)(gou)道在(zai)漏极(ji)端(duan)夹断(duan)以后(hou)，其(qi)电(dian)(dian)流达到(dao)最大——饱和电(dian)(dian)流，即导(dao)电(dian)(dian)性能更好。为什么(me)集电(dian)(dian)区能够很好地导(dao)电(dian)(dian)？
因(yin)为(wei)沟道夹断区实际上就(jiu)是(shi)载(zai)流(liu)(liu)子被(bei)耗尽(jin)的区域，其中存(cun)在有(you)沿(yan)着沟道方向的电场，所以只要有(you)载(zai)流(liu)(liu)子到(dao)(dao)达夹断区边缘，就(jiu)很容易被(bei)扫过(guo)夹断区而(er)(er)到(dao)(dao)达漏极——输(shu)出(chu)电流(liu)(liu)。可见(jian)，沟道夹断区与BJT的反(fan)偏集电结(jie)的势垒区类似，不但不起阻挡载(zai)流(liu)(liu)子的作用(yong)，而(er)(er)且还(hai)将有(you)利于载(zai)流(liu)(liu)子的通过(guo)。因(yin)此，沟道夹断以后，器件的输(shu)出(chu)电流(liu)(liu)饱(bao)和，即达到(dao)(dao)最大。
联系方式：邹(zou)先(xian)生
联系电话：0755-83888366-8022
手(shou)机：18123972950
QQ：2880195519
联系(xi)地(di)址：深(shen)圳市福田(tian)区车公庙(miao)天安数码城天吉(ji)大厦CD座5C1
请(qing)搜(sou)微信(xin)(xin)公众号:“KIA半导体(ti)”或扫一扫下图“关注”官方微信(xin)(xin)公众号
请“关注(zhu)”官方(fang)微信公众号(hao):提供 MOS管 技术帮(bang)助
