为什么MOS管饱和区沟道夹断了还有电流以及饱和区电流公式详解

随着漏源电压不断增大，当达到夹断电压时，沟道厚度在漏极处减薄为零，沟道在漏极处消失，该处只剩下耗尽层，这是所谓的夹断；漏源电压继续增大，沟道的夹断点向源极方向运动，那么在沟道和漏极之间就会隔着一段耗尽区，当沟道中的电子到达沟道端头的耗尽区边界时，会立即被耗尽区内的强电场扫入漏区，所以会有电流的存在。由于电子在耗尽区内的飘移速度已达到饱和速度，不再随着电场的增大而增大，所以漏极电流达到饱和。

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。

为什么MOS管饱和区沟道夹断了还有电流？

MOS管就像开关。栅极（G）决定源极（S）到漏极（D）是通还是不通。以NMOS为例，图1中绿色代表（N型）富电子区域，黄色代表（P型）富空穴区域。P型和N型交界处会有一层耗尽层分隔（也叫空间电荷区，如图中白色分界所示）。VT是开关的阈值，超过阈值就开，低于阈值就开不了。栅电压越大，下面感应出来的电子越多，形成的沟道越宽。栅与沟道之间有氧化层隔离。在源漏没有电压时沟道宽窄是一样的，这很好理解。

图1. 栅压产生沟道决定MOS管源漏之间通不通

当漏极电压升高，栅极靠近漏极的相对电压就小，因此沟道受其影响宽窄不同。由于电流是连续的，所以窄的地方电流密度大，这也好理解，如图2所示。这是源漏电流IDS是随其电压VDS增大而线性增大的“线性区”。

图2.沟道宽窄受两端电压影响（线性区）

要注意的是，这时栅极电压绝对值并没有降低，靠近漏极沟道变窄的原因，是栅极的影响力部分被漏极抵消了。一部分本来可以栅吸引形成沟道的电子，就被漏极正电压拉过去了。

当漏极电压继续升高，如果超过栅电压，造成沟道右边不满足开通条件而“夹断”。之所以出现夹断点，是因为在这个点，栅极对电子的吸引力被漏极取代。这时候MOS管进入“饱和区”，电流很难继续随电压增大。

很多朋友理解不了既然这时候沟道夹断了，不是应该截止了吗？为什么还会继续有电流？原因是虽然理论上沟道已经“夹断”，但这个夹断点很薄弱。为什么说它薄弱？因为夹断点后面支撑它的不是原来P型区域，而是电压升高更吸引电子的漏极及其空间电荷区。因此电子冲入空间电荷区，就相当于几乎没有阻挡的“准自由电子”快速被漏极收集。如图3所示。

图3.沟道“夹而不断”（饱和区）

可以想象，随着靠近漏极的沟道越来越细，很多高速的电子冲过来，一部分挤过夹断点进入空间电荷区，然后被漏极正电场高速收集（形成示意图中紫色电流）。漏极电压越高，夹断点越后退，造成电子越难穿越，因此饱和区电流不再随电压增大而线性增大，毕竟不是所有电子都能冲过夹断点。源漏电流电压曲线如图4所示。

图4. 电流电压曲线

用水枪比喻就很好理解：在水管水流很急时，试图用薄片挡住是很难的，水流会呲过阻挡形成喷射，喷口越细喷射越急，如图5所示。因此“夹断”这个词容易引起误解，实际应该是“夹而不断”，电流只是被限制而非截止。

图5. 薄片很难挡住水枪喷射

当然，如果漏极的电压继续上升，它的空间电荷区持续扩张达到源极，那么源极的电子就会不受沟道和栅压的控制，直接经过空间电荷区高速到达漏极，这就是源漏直接穿通了，这时MOS管的开关功能也就作废了。

mos管饱和区电流公式及其详解

mos管饱和区电流公式，在强反型状态下饱和区中的工作。小信号参数的值因MOS晶体管的工作区域而变化。假定MOS晶体管处于VGS比阈值电压VT高得多的强反型状态，而且工作在饱和区，求这种状况下的小信号参数。

可将跨导gm表示如下：

在能够疏忽沟道长度调制效应的状况下，得到

这个跨导gm能够用漏极电流ID表示为

也能够用漏极电流ID和栅极-源极间电压VGS表示为

体跨导gmb能够由下式求得：

由式(1．18)和式(1.20)，能够分别导出

所以得到

应用式(1.18)，能够将漏极电导表示为

应用这些小信号参数，能够将小信号漏极电流id表示为下式：

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