场效应管在预夹断后,为什么VDS在较大的范围内变化时,漏极电流ID保持基本不变?

本题所述的状态,实际上是场效应管处于恒流区的工作情况。为了能解释清楚场效应管的恒流区,本题以增强型n沟道场效应管为例。 图1所示为增强型n沟道场效应管的内部结构图,图中p型衬底上扩散了两个高浓度的n+区,在器件表面生成一层sio2绝缘层,并引出三个电极。
图1 增强型n沟道场效应管的内部结构和电路
学习场效应管的时候我们知道,当vgs电压大于开启电压vt后,在sio2层下方两个高浓度n+区之间会感应生成电子层(由于该层载流子为电子,与衬底p的多子—空穴相反,所以也称反型层),即形成导电沟道。如果此时再加上vdd电压并逐渐增大,则靠近漏极端的vgd(=vgs-vds)电压会逐渐减小,并趋向反向。因此,两个高浓度n+区间感应的电子层会在靠源极端厚,靠近漏极端簿的楔型形状,如图2所示。
图2 vgs-vds=vgd>vt时的沟道(沟道尚未夹断的情况)
调节vdd,使vds增加,当vgd=vt时,漏极端的感应电子层正好消失,这时的沟道称为预夹断。由于预夹断处沟道内电子无法停留,所以此时整个沟道的电阻几乎都集中在预夹断点上。此后,当vds增加时,预夹断点将向源极延伸。在延伸的过程中,可以证明预夹断点延伸的长度δ将和vds的增加速率成正比。因此,在vds≥vt的一个较大范围内,场效应管表现出其漏极电流基本不变的特性。
图3 vgs-vds<vt沟道预夹断后的情况