MOS管的几条曲线_mos管转移特性曲线

    以某65N041器件为例，通过分析其曲线，来分析MOS管的工作特性。

一、转移特性曲线(VGS-ID曲线)

    说明的是栅极电压VGS对ID的控制作用。

    从上图曲线可得到：

    1、测试条件：VDS=20V；

    2、VGS的开启电压VGS(th)，约5V，且随着温度的升高而降低；

    3、VGS需要达到10V以上，才能完全导通，达到其最大标称ID；

    4、VGS越大，ID才能越大，温度越高，ID越小；

二、输出特性曲线(VDS-ID曲线)

      上图可被分为四部分：

1、夹断区(截止区)

    此区域内，VGS未达到VGS(th)，MOS管不导通，即ID基本为零；

2、可变电阻区

    此区域内，ID-VDS基本维持线性比例关系，斜率即为MOSFET的导通电子Rds(on)。

3、饱和区

    此区域内，ID不再随着VDS的增大而增大。说明ID已经饱和了。

4、击穿区

    此区域内，因VDS过大，MOSFET被击穿损坏。

    当MOSFET工作在开关状态时，随着VGS的通/断，MOSFET是在截止区和可变电阻区来回切换的，在切换过程中可能会经过饱和区。

    当MOSFET工作于饱和区时，可以用来通过控制VGS的电压来控制电流ID，将MOSFET用于实现上电软起动电路。

三、工作过程图解

    N沟道，增强型MOSFET结构原理图

• 当栅-源之间不加电压时即VGS=0时，源漏之间是一个PN结。VDS为正时，PN结反偏，所以不存在导电沟道。

• 当UDS=0且UGS>0时，由于绝缘SiO2的存在，栅极电流为零。但是栅极金属层将聚集正电荷．它们排斥P型衬底靠近 SiO2一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层，如图6所示

•  当UGS增大时，一方面耗尽层增宽，另一方面将衬底的自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个N型薄层，称为反型层(即由原来的P型变成了N型)，如图7所示。这个反型层就构成了漏-源之间的导电沟道。
• 使沟道刚刚形成的栅-源电压称为开启电压UGS(th)或VT。UGS电压越大，形成的反层型越厚，导电沟道电阻越小。

• 当VGS>VT且VDS较小时，基本MOS结构的示意图如图8-1所示。图中反型沟道层的厚度左右一致。相应的ID-VDS特性曲线如图8-1所示。两者为固定线性关系。

• 当VGS>VT且VDS增大时，由于漏极电压增大，栅极靠近漏极的相对电压VGD就小，因此沟道受其影响宽窄不同。如图8-2所示。

• 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。一部分本来可以被栅极吸引形成沟道的电子，就被漏极正电压拉过去了。

• 当VGS>VT且VDS电压继续升高，如果超过VGS-VT，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。

• 当VGS>VT且VDS>VDS(sat)时，如果VDS继续增大，VGD<Vt的预加断点不断左移，夹断区随之延长，如图所示，而且VDS的增大部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力，漏电流ID为一常数，这种情形在ID-VDS对应于饱和区(恒流区)，如图8-4所示。

    很多同学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。

    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。