為什么MOS管飽和區(qū)溝道夾斷了還有電流？

隨著漏源電壓不斷增大，當達到夾斷電壓時，溝道厚度在漏極處減薄為零，溝道在漏極處消失，該處只剩下耗盡層，這是所謂的夾斷；漏源電壓繼續(xù)增大，溝道的夾斷點向源極方向運動，那么在溝道和漏極之間就會隔著一段耗盡區(qū)，當溝道中的電子到達溝道端頭的耗盡區(qū)邊界時，會立即被耗盡區(qū)內(nèi)的強電場掃入漏區(qū)，所以會有電流的存在。由于電子在耗盡區(qū)內(nèi)的飄移速度已達到飽和速度，不再隨著電場的增大而增大，所以漏極電流達到飽和。

當漏一源之間接上+ VDS時，從源一溝道一漏組成的N型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了一個橫向的電位梯度：源區(qū)為零電位，漏區(qū)為+ VIB，而溝道的電位則從源端向漏端逐漸升高。在溝道的不同位置上，溝道厚度不同，源湍最厚，漏端最薄，逐漸升高。在溝道的不同位置上，溝道厚度不同，源端最厚，漏端最薄，當VDS增大到柵一漏電位差VGS= VLS= VGS（rh）時，漏端預(yù)夾斷。這個夾斷區(qū)成了漏一源間電流通路上電阻最大的區(qū)。V璐的任何一點增加都必然會集中降在這里，使預(yù)夾斷區(qū)具有很強的電場。由于現(xiàn)在被夾的只是漏端的一個小區(qū)域，在預(yù)夾斷區(qū)左邊還有N溝道，這些自由電子仍可在溝道中漂移，在到達預(yù)夾斷區(qū)時，就受夾斷區(qū)強電場的吸引，滑入漏區(qū)。所以，在漏端預(yù)夾斷后，漏一源之間仍有漏極電流ID。

為什么MOS管飽和區(qū)溝道夾斷了還有電流？

MOS管就像開關(guān)。柵極（G）決定源極（S）到漏極（D）是通還是不通。以NMOS為例，圖1中綠色代表（N型）富電子區(qū)域，黃色代表（P型）富空穴區(qū)域。P型和N型交界處會有一層耗盡層分隔（也叫空間電荷區(qū)，如圖中白色分界所示）。VT是開關(guān)的閾值，超過閾值就開，低于閾值就開不了。柵電壓越大，下面感應(yīng)出來的電子越多，形成的溝道越寬。柵與溝道之間有氧化層隔離。在源漏沒有電壓時溝道寬窄是一樣的，這很好理解。

圖1. 柵壓產(chǎn)生溝道決定MOS管源漏之間通不通

當漏極電壓升高，柵極靠近漏極的相對電壓就小，因此溝道受其影響寬窄不同。由于電流是連續(xù)的，所以窄的地方電流密度大，這也好理解，如圖2所示。這是源漏電流IDS是隨其電壓VDS增大而線性增大的“線性區(qū)”。

圖2. 溝道寬窄受兩端電壓影響（線性區(qū)）

要注意的是，這時柵極電壓絕對值并沒有降低，靠近漏極溝道變窄的原因，是柵極的影響力部分被漏極抵消了。一部分本來可以柵吸引形成溝道的電子，就被漏極正電壓拉過去了。

當漏極電壓繼續(xù)升高，如果超過柵電壓，造成溝道右邊不滿足開通條件而“夾斷”。之所以出現(xiàn)夾斷點，是因為在這個點，柵極對電子的吸引力被漏極取代。這時候MOS管進入“飽和區(qū)”，電流很難繼續(xù)隨電壓增大。

很多同學(xué)理解不了既然這時候溝道夾斷了，不是應(yīng)該截止了嗎？為什么還會繼續(xù)有電流？

原因是雖然理論上溝道已經(jīng)“夾斷”，但這個夾斷點很薄弱。為什么說它薄弱？因為夾斷點后面支撐它的不是原來P型區(qū)域，而是電壓升高更吸引電子的漏極及其空間電荷區(qū)。因此電子沖入空間電荷區(qū)，就相當于幾乎沒有阻擋的“準自由電子”快速被漏極收集。如圖3所示。

圖3. 溝道“夾而不斷”（飽和區(qū)）

可以想象，隨著靠近漏極的溝道越來越細，很多高速的電子沖過來，一部分擠過夾斷點進入空間電荷區(qū)，然后被漏極正電場高速收集（形成示意圖中紫色電流）。漏極電壓越高，夾斷點越后退，造成電子越難穿越，因此飽和區(qū)電流不再隨電壓增大而線性增大，畢竟不是所有電子都能沖過夾斷點。源漏電流電壓曲線如圖4所示。

圖4. 電流電壓曲線

用水槍比喻就很好理解：在水管水流很急時，試圖用薄片擋住是很難的，水流會呲過阻擋形成噴射，噴口越細噴射越急，如圖5所示。因此“夾斷”這個詞容易引起誤解，實際應(yīng)該是“夾而不斷”，電流只是被限制而非截止。

圖5. 薄片很難擋住水槍噴射

當然，如果漏極的電壓繼續(xù)上升，它的空間電荷區(qū)持續(xù)擴張達到源極，那么源極的電子就會不受溝道和柵壓的控制，直接經(jīng)過空間電荷區(qū)高速到達漏極，這就是源漏直接穿通了，這時MOS管的開關(guān)功能也就作廢了。