增强型NMOS管的工作原理

当(dang)NMOS管(guan)的(de)(de)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)与(yu)源(yuan)(yuan)(yuan)极(ji)(ji)(ji)短接（即NMOS管(guan)的(de)(de)栅(zha)／源(yuan)(yuan)(yuan)电(dian)压(ya)VGS=O）时，源(yuan)(yuan)(yuan)区（N+型）、衬底(di)(P型)和漏区(N+型)形(xing)成两个背靠背的(de)(de)PN结，不管(guan)NMOS管(guan)的(de)(de)漏／源(yuan)(yuan)(yuan)电(dian)压(ya)VDS的(de)(de)极(ji)(ji)(ji)性如(ru)(ru)何(he)，其(qi)中(zhong)总有(you)一个PN结是反(fan)(fan)偏(pian)的(de)(de)，所以NMOS管(guan)源(yuan)(yuan)(yuan)极(ji)(ji)(ji)与(yu)漏极(ji)(ji)(ji)之(zhi)间的(de)(de)电(dian)阻(zu)主要为PN结的(de)(de)反(fan)(fan)偏(pian)电(dian)阻(zu)，基本无电(dian)流(liu)(liu)流(liu)(liu)过，即NMOS管(guan)的(de)(de)漏极(ji)(ji)(ji)电(dian)流(liu)(liu)ID为0。例如(ru)(ru)，如(ru)(ru)果NMOS管(guan)的(de)(de)源(yuan)(yuan)(yuan)极(ji)(ji)(ji)S与(yu)衬底(di)相连，并接到系统的(de)(de)最低电(dian)位，而漏极(ji)(ji)(ji)接电(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)正极(ji)(ji)(ji)时，漏极(ji)(ji)(ji)和衬底(di)之(zhi)间的(de)(de)PN结是反(fan)(fan)偏(pian)的(de)(de)，此时漏、源(yuan)(yuan)(yuan)之(zhi)间的(de)(de)电(dian)阻(zu)很大，没有(you)形(xing)成导电(dian)沟道(dao)。

若在NMOS管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)栅(zha)／源(yuan)之间(jian)加(jia)上止(zhi)向(xiang)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)VGS（即NMOS管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)栅(zha)极(ji)接高(gao)电(dian)(dian)(dian)位，源(yuan)极(ji)接低电(dian)(dian)(dian)位），则栅(zha)极(ji)和P型(xing)衬底(di)(di)之间(jian)就(jiu)形(xing)成(cheng)了以栅(zha)氧(yang)(yang)（即二氧(yang)(yang)化硅(gui)）为介质的(de)(de)(de)(de)(de)平板电(dian)(dian)(dian)容器。在正(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)(de)(de)栅(zha)源(yuan)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)作用下，介质中(zhong)(zhong)产生(sheng)了一(yi)个垂直于硅(gui)片表面的(de)(de)(de)(de)(de)由栅(zha)极(ji)指向(xiang)P型(xing)衬底(di)(di)的(de)(de)(de)(de)(de)强(qiang)电(dian)(dian)(dian)场（由于绝缘层(ceng)很薄，即使只有儿伏的(de)(de)(de)(de)(de)栅(zha)／源(yuan)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)VGS，也可产生(sheng)高(gao)达105~106V/cm数量级的(de)(de)(de)(de)(de)强(qiang)电(dian)(dian)(dian)场），这个强(qiang)电(dian)(dian)(dian)场会排(pai)斥衬底(di)(di)表面的(de)(de)(de)(de)(de)空穴而(er)吸(xi)引电(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)，因此(ci)，使NMOS管(guan)栅(zha)极(ji)附近的(de)(de)(de)(de)(de)P型(xing)衬底(di)(di)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)空穴被排(pai)斥，留(liu)下不能(neng)移动(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)受(shou)主(zhu)离子(zi)(zi)(zi)（负离子(zi)(zi)(zi)），形(xing)成(cheng)了耗(hao)尽(jin)层(ceng)，同时P型(xing)衬底(di)(di)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)少子(zi)(zi)(zi)（电(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)）被吸(xi)引到衬底(di)(di)表面，如(ru)图(tu)1.3(a)所示。当正(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)(de)(de)栅(zha)／源(yuan)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)达到一(yi)定数值时，这些(xie)电(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)在

栅极附近(jin)的(de)P型(xing)硅表(biao)面(mian)便形(xing)成(cheng)了(le)(le)一个N型(xing)薄(bo)(bo)层(ceng)，通(tong)常把这个在P型(xing)硅表(biao)面(mian)形(xing)成(cheng)的(de)N型(xing)薄(bo)(bo)层(ceng)称为反型(xing)层(ceng)，这个反型(xing)层(ceng)实际上就构成(cheng)了(le)(le)源(yuan)极和漏极间的(de)N型(xing)导(dao)电沟道，如图1.3(b)所(suo)示(shi)。

由于(yu)它(ta)是栅(zha)／源止(zhi)电压(ya)感应产生(sheng)的，所以(yi)也称感生(sheng)沟道(dao)。显然，栅(zha)／源电压(ya)VGs止(zhi)得越(yue)多，则作用于(yu)半导体(ti)表面的电场就越(yue)强，吸引到P型硅表面的电子就越(yue)多(duo)，感应沟道（反(fan)型层）将越(yue)厚，沟道电阻将越(yue)小(xiao)。

感(gan)应(ying)沟道形(xing)成后(hou)，原来被P型衬底隔开的(de)两个N+型区（源(yuan)区和漏(lou)(lou)区）就(jiu)通过感(gan)应(ying)沟道连接在一起。因此，在正的(de)漏(lou)(lou)／源(yuan)电压(ya)作(zuo)用(yong)下，电子将从源(yuan)区流向(xiang)漏(lou)(lou)区，产(chan)生了漏(lou)(lou)极电流ID。一般把在漏(lou)(lou)源(yuan)电压(ya)作(zuo)用(yong)下开始(shi)导电时的(de)栅／源(yuan)电压(ya)叫做NMOS管的(de)阈值电压(ya)（或开启电压(ya)）Vth。

当NMOS管(guan)的(de)栅／源电压(ya)VGS大于(yu)等于(yu)Vth时，外(wai)加较小的(de)漏(lou)(lou)／源电压(ya)VDS时，漏(lou)(lou)极(ji)(ji)电流ID将随VDS上升迅(xun)速增大，此(ci)时为(wei)线(xian)性区(qu)(也(ye)可(ke)称为(wei)三极(ji)(ji)管(guan)区(qu))，但由于(yu)沟(gou)道(dao)存在(zai)电位梯(ti)度(du)，即NMOS管(guan)的(de)栅极(ji)(ji)与沟(gou)道(dao)间的(de)电位差从漏(lou)(lou)极(ji)(ji)到(dao)源极(ji)(ji)逐步增大，因此(ci)所形(xing)成的(de)沟(gou)道(dao)厚度(du)是(shi)不均匀的(de)，靠近源端(duan)的(de)沟(gou)道(dao)厚，而靠近漏(lou)(lou)端(duan)的(de)沟(gou)道(dao)薄。

当VDS增大到一定数值(zhi)，即VGD=Vth时(shi)(shi)，靠(kao)近(jin)漏(lou)端的(de)(de)沟道厚(hou)度接近(jin)为o，即(ji)感(gan)应沟道在漏(lou)端被夹(jia)(jia)断，如图1.3(c)所(suo)(suo)示：VDS继续增加(jia)，将形成(cheng)(cheng)一夹(jia)(jia)断区(qu)，且夹(jia)(jia)断点向源(yuan)极(ji)靠(kao)近(jin)，如图1.3(d)所(suo)(suo)示。沟道被夹(jia)(jia)断后(hou)，VDS上(shang)升时(shi)(shi)，其增加(jia)的(de)(de)电(dian)(dian)压基本上(shang)加(jia)在沟道厚(hou)度为零的(de)(de)耗尽区(qu)上(shang)，而(er)沟道两端的(de)(de)电(dian)(dian)压保持不变，所(suo)(suo)以ID于(yu)饱(bao)和(he)而(er)不再增加(jia)，此时(shi)(shi)NMOS管工作(zuo)在饱(bao)和(he)区(qu)，在模拟集成(cheng)(cheng)电(dian)(dian)路巾(jin)饱(bao)和(he)区(qu)是NMOS管的(de)(de)主要(yao)(yao)工作(zuo)区(qu)。要(yao)(yao)注(zhu)意，此时(shi)(shi)沟道虽产生了(le)灾断，但由(you)于(yu)漏(lou)极(ji)与(yu)沟道之(zhi)间(jian)存(cun)在强电(dian)(dian)场，电(dian)(dian)子在该(gai)电(dian)(dian)场作(zuo)用下被吸收到漏(lou)区(qu)而(er)形成(cheng)(cheng)了(le)从源(yuan)区(qu)到漏(lou)区(qu)的(de)(de)电(dian)(dian)流(liu)。

另外，当VGS增(zeng)加时，由丁(ding)感应(ying)沟道(dao)变(bian)厚，沟道(dao)电阻减小，饱和漏极(ji)电流会相(xiang)应(ying)增(zeng)大。

若(ruo)Vns人于某一击(ji)穿(chuan)电压(ya)BVus（二极管的反向(xiang)击(ji)穿(chuan)电压(ya)），漏(lou)(lou)极与(yu)衬(chen)底(di)之间的PN结发(fa)生反向(xiang)击(ji)穿(chuan)，ID将急剧增加，进入雪崩区，漏(lou)(lou)极电流(liu)不经过沟道(dao)，而直接由漏(lou)(lou)极流(liu)入衬(chen)底(di)。

 注意与(yu)双极型晶体管相(xiang)比，一个(ge)MOS管只要形成(cheng)了导，t1沟道，即(ji)使(shi)在无电流(liu)流(liu)过时也可以认为是(shi)开通的。

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