MOS管夾斷與溝道長(zhǎng)度調(diào)制

實(shí)踐工作中，晶體管的溝道長(zhǎng)度對(duì)特性式有一定的影響，這叫做溝道長(zhǎng)度調(diào)制。

1．MOS晶體管在非飽和區(qū)的行為

下面以NMOS晶體管為例，討論MOS晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的溝道厚度。圖1.25中，假如源極、漏極的電位都是OV，則VGS=VGD。這時(shí)，假如VGS>VT，那么，如圖1. 25 (b)所示，在源區(qū)與漏區(qū)之間會(huì)構(gòu)成厚度平均的溝道。
假如堅(jiān)持VGS>VT的狀態(tài)，從OV開(kāi)端增加漏極的電壓，由于柵極-漏極間電壓表示為VGD=VGS-VDS，所以當(dāng)VDS VGD>VGS-(VGS-VT)
∴VGD>VT
就是說(shuō)，加在柵極—漏極間的是大于閾值電壓VT的電壓。

所以當(dāng)MOS晶體管工作在非飽和區(qū)時(shí)，柵極-源極間電壓VGS也好，柵極-漏極間電壓VGD也好，都比閾值電壓VT高，所以構(gòu)成了從源區(qū)到漏區(qū)的溝道。但是，由于VGD=VGS-VDS，所以VGD比VGS小。那么在漏區(qū)左近硅外表感應(yīng)的電子數(shù)目要比源區(qū)左近感應(yīng)的電子數(shù)目少。其結(jié)果，如圖1. 26所示，漏極左近的溝道厚度就比源區(qū)左近溝道的厚度薄。

2．非飽和區(qū)與飽和區(qū)的分界

假如繼續(xù)增加漏極-源極間電壓VDS，以致于VDS=VGS-VT，這時(shí)的工作區(qū)域相當(dāng)于非飽和區(qū)與飽和區(qū)的分界處。由于柵極—漏極間電壓VGD=VGS-VDS=VT，所以柵極-漏極間電壓就與閾值電壓VT相等。就是說(shuō)，如圖1. 27所示，漏區(qū)左近的溝道簡(jiǎn)直消逝了，把溝道消逝的狀態(tài)稱(chēng)為夾斷。
繼續(xù)再增大漏極—源極間電壓，就變成VDS>VGS-VT，NMOS晶體管就工作在飽和區(qū)了。這時(shí)，柵極—漏極間電壓VGD=VGS-VDS

3．夾斷時(shí)漏極電流是一定值

如圖1.29所示，設(shè)溝道端與漏區(qū)端之間耗盡層的長(zhǎng)度為△L，那么漏極電流可表示為

假如增大漏極—源極間電壓VDS，由于加在耗盡層上的電壓增加了，所以耗盡層長(zhǎng)度△L也增加。不過(guò)在L比△L大很多的狀況下，式(1.12)中的△L能夠疏忽不計(jì)，于是就得到

這時(shí)漏極電流ID與漏極—源極間電壓VDS無(wú)關(guān)，是根本不變的值，關(guān)于這個(gè)問(wèn)題可作如下了解。
由于夾斷點(diǎn)的電位總是VGS-VT，所以飽和區(qū)溝道的橫向電場(chǎng)E為：

VDS的增加也使耗盡層長(zhǎng)度△L延伸。假如溝道長(zhǎng)度L比△L大很多，AL能夠忽略不計(jì)時(shí)，橫向電場(chǎng)F的大小就是：這時(shí)就與VDS無(wú)關(guān)。其結(jié)果，即便VDS增加，飽和區(qū)中的漏極電流ID也是一定的值。
在非飽和區(qū)中不產(chǎn)生夾斷點(diǎn)。由于從源區(qū)到漏區(qū)都構(gòu)成溝道，所以漏極—源極間電壓VDS是加在溝道長(zhǎng)度L上的。因而溝道中的橫向電場(chǎng)E與VDS成比例地增加：

所以漏極電流ID的增加與VDS成比例。

4．溝道長(zhǎng)度變短時(shí)△L不可無(wú)視—一溝道長(zhǎng)度調(diào)制

假如MOS晶體管的溝道長(zhǎng)度L變短，那么式(1.12)中的△L就不可疏忽。隨著VDS的增加，△L也增加，使有效溝道長(zhǎng)度（L-△L）變短，因而如圖1. 30所示，漏極電流增加，這叫做溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)。

思索到溝道長(zhǎng)度調(diào)制，飽和區(qū)的漏極電流由下式給出：

△L與VDS的關(guān)系親密，假如令式(1.17)中的△L/L＝λVDS，就得到該式中的λ叫做溝道長(zhǎng)度調(diào)制參數(shù)，λ越大，表示溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)越強(qiáng)。
為了抑止溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，有效的方法是增大MOS晶體管的溝道長(zhǎng)度L，使λ變小。
式(1.18)中，假如令VDS＝-1/λ，則ID=0。