Warum MOSFET Pinchoff auftritt

Ihre Beschreibung ist korrekt: Angesichts dessen$V_{GS}>V_T$, wenn wir eine Drain-to-Source-Spannung der Größenordnung anlegen$V_{SAT}=V_{GS}-V_{T}$oder höher wird der Kanal abgeschnürt.

Ich werde versuchen zu erklären, was dort passiert. Ich gehe in den Beispielen von einem MOSFET vom n-Typ aus, aber die Erklärungen gelten auch für MOSFET vom p-Typ (natürlich mit einigen Anpassungen).

Der Grund für die Abschnürung:

Denken Sie an das elektrische Potential entlang des Kanals: Es ist gleich$V_S$in der Nähe der Quelle; es ist gleich$V_D$in der Nähe des Abflusses. Denken Sie auch daran, dass die Potentialfunktion stetig ist. Die unmittelbare Schlussfolgerung aus den beiden obigen Aussagen ist, dass sich potenzielle Änderungen kontinuierlich bilden$V_S$zu$V_D$entlang des Kanals (lassen Sie mich nicht formal sein und die Begriffe "Potenzial" und "Spannung" austauschbar verwenden).

Sehen wir uns nun an, wie sich die obige Schlussfolgerung auf die Ladung in der Inversionsschicht auswirkt. Denken Sie daran, dass diese Ladung aufgrund der Gate-zu-Substrat-Spannung (ja, Substrat, nicht Source) unter dem Gate akkumuliert wird. Der Grund, den wir normalerweise verwenden$V_{GS}$in unseren Berechnungen liegt daran, dass wir davon ausgehen, dass das Substrat und die Quelle mit dem gleichen Potential verbunden sind). Nun, wenn sich das Potenzial entlang des Kanals ändert, wenn wir es anwenden$V_{DS}$ändert sich auch die Gate-zu-Substrat-Spannung entlang des Kanals, was bedeutet, dass die induzierte Ladungsdichte entlang des Kanals variieren wird.

Wenn wir uns bewerben$V_{SAT}=V_{GS}-V_{T}$zum Drain wird die effektive Gate-zu-Substrat-Spannung in der Nähe des Drains zu:$V_{eff}=V_{GS}-V_{SAT}=V_T$. Dies bedeutet, dass in der Nähe des Drains die Gate-zu-Substrat-Spannung gerade ausreicht, um die Inversionsschicht zu bilden. Jedes höhere Potential, das an Darin angelegt wird, bewirkt, dass diese Spannung unter die Schwellenspannung sinkt und der Kanal nicht gebildet wird – es tritt eine Abschnürung auf.

Was passiert zwischen der Quetschstelle und dem Ablauf:

Die Gate-zu-Substrat-Spannung in diesem Bereich reicht für eine Bildung der Inversionsschicht nicht aus, daher wird dieser Bereich nur verarmt (im Gegensatz zu invertiert). Während in der Verarmungsregion mobile Träger fehlen, gibt es keine Beschränkung des Stromflusses durch sie: Wenn ein Träger von einer Seite in die Verarmungsregion eintritt und ein elektrisches Feld über der Region besteht, wird dieser Träger vom Feld gezogen. Außerdem haben Träger, die in diesen Verarmungsbereich eintreten, eine Anfangsgeschwindigkeit.

All dies gilt, solange die fraglichen Träger sich nicht in der Verarmungsregion rekombinieren. In einem MOSFET vom n-Typ fehlen dem Verarmungsbereich Träger vom p-Typ, aber der Strom besteht aus Trägern vom n-Typ - dies bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination dieser Träger sehr gering ist (und für praktische Zwecke vernachlässigt werden kann).

Fazit: Ladungsträger, die in diesen Verarmungsbereich eintreten, werden durch das Feld über diesen Bereich beschleunigt und erreichen schließlich den Drain. Es ist normalerweise so, dass der spezifische Widerstand dieses Bereichs völlig vernachlässigt werden kann (der physikalische Grund dafür ist ziemlich komplex - diese Diskussion ist eher für das Physikforum geeignet).

Hoffe das hilft