¿Por qué un MOSFET entra en saturación?

De toda mi navegación, ha quedado claro que a medida que aumenta el voltaje de la fuente de drenaje, eventualmente alcanzamos la saturación. Matemáticamente, Vds>Vgs-Vt es la condición que observamos. Pero cuando trato de entenderlo lógicamente, necesitamos un sesgo inverso en Vgs para atraer a los operadores minoritarios del sustrato para formar un canal. Entonces, ahora que se forma el canal, un voltaje de fuente de drenaje da lugar a un flujo de corriente debido a los electrones. También tiene sentido que Vds produzca una región de agotamiento en una de fuente/drenaje y reduzca la región de agotamiento.

Pero, ¿cómo se relacionaría todo esto con los anchos de los canales, la saturación y todo lo demás que da lugar a la saturación?

No soy un experto con MOSFET. Pero agregaré algunos centavos. al comienzo de la saturación, el ancho del canal se volverá casi constante con menos variación.

Respuestas (1)

Creo que estás confundido con el comportamiento de un transistor bipolar.

Para un BJT, la unión de la base del colector se acercará a la polarización directa para ingresar al modo de saturación.

Tomar nota:

  • para un BJT, la saturación significa que el transistor NO determina la corriente del colector Ic. Esto sucede cuando V C mi < V C mi , s a t

  • para un MOSFET, la saturación significa que el transistor SÍ determina la corriente de drenaje Id. Esto sucede cuando V d s > V d s , s a t

necesitamos un sesgo inverso en Vgs para atraer portadores minoritarios del sustrato para formar un canal. No, no es así como se forma el canal.

La polarización inversa significa que debe haber una unión PN, no hay unión involucrada para la puerta. La puerta se forma cuando (para un NMOS) el potencial de la puerta es más alto que el potencial del sustrato + Vumbral. El voltaje positivo atrae a los portadores negativos (electrones) hacia el óxido de la puerta para formar un canal.

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Esta imagen muestra la situación cuando un NMOS está en modo de saturación. Observe cómo hay un espacio (de longitud d ) entre el extremo derecho del canal y el desagüe. La cantidad de corriente que puede fluir está determinada por la forma del canal, siempre que V gramo s permanece constante y hay al menos cierta distancia entre el canal y el drenaje ( d > 0 ) entonces el NMOS permanecerá en saturación.

De hecho, el ancho del canal y otros parámetros están todos relacionados con el modo de saturación. Va un poco demasiado lejos explicar todas las relaciones aquí. Mi consejo para usted es que piense en lo que le sucede al canal en el MOSFET cuando se cambia un parámetro, como un aumento en V gramo s o un transistor un poco más largo.

Todavía no puedo entender cómo la identificación de saturación depende del transistor. La definición misma de saturación significa que algo ha alcanzado un valor máximo. Lo que significa que no debería depender de Vds. En cuanto al canal, ¿no debería permanecer uniforme? Vgs libera electrones en el sustrato. Y luego Vds hace que actúe como un cable. E incluso si hubiera una paridad, ¿no tendría el lado derecho MÁS electrones libres?
Lo que significa que no debería depender de Vds Y eso es correcto , pero hay otros parámetros como Vgs y el tamaño del transistor. Esos sí influyen en Id en modo de saturación. OK, no puedo cambiar dinámicamente el tamaño del transistor pero puedo cambiar Vgs. Reducir Vgs hará que el canal sea más pequeño y disminuirá la Id.
Espera, creo que lo tengo. el voltaje de la puerta produce atrae electrones de valencia y no electrones libres. Vds esencialmente los libera, dejando atrás cationes no compensados. Entonces, finalmente, Vds dice: "Solo tengo estos muchos electrones para trabajar". lo que significa que hay una saturación y una longitud de canal reducida. Pero, ¿no es probable que los aumentos en vds también aumenten la velocidad del flujo de electrones? ¿O es solo que sin un canal, no hay mucho que la corriente pueda crecer? A menos que Vgs suba y libere más electrones libres.
Uhm, no realmente, la puerta atrae electrones libres. Pero realmente, lo que los transportistas forman el canal es irrelevante. Lo relevante es Vgs ya que determinará la forma del canal. Esa forma entonces determina la corriente.
hora de abandonar la universidad
¡No deberías rendirte tan fácilmente! ¡Estás muy cerca de la AHA! momento, así que quédate con él. Discuta lo anterior con un compañero de estudios y no es necesario que sea alguien que lo entienda todo. Seguro que me tomó un tiempo comprender todo esto. Pero créeme, se pone mejor cuando dominas todas estas tonterías ;-)
gracias por su ayuda, pero creo que necesito una última pista antes de que la lógica sea clara. Es el "Canal" de electrones libres o aniones no compensados. Supongo que los aniones no compensados, pero no estoy cien por ciento seguro.
Depende de PMOS o NMOS. Un NMOS está hecho en un sustrato dopado con P. Drain y Source están entonces dopados con N (y es por eso que es un N MOS). Para hacer una conexión conductora entre D y S, entonces necesitamos portadores negativos (es decir, el canal consta de electrones ) . Para atraerlos necesitamos un voltaje positivo (con respecto al sustrato) en la puerta. Haz un dibujo de vista lateral de un NMOS para entenderlo mejor.
Un PMOS está hecho en un sustrato dopado con N. El drenaje y la fuente están entonces dopados con P (y es por eso que es un P MOS). Para hacer una conexión conductora entre D y S, entonces necesitamos portadores positivos (es decir, el canal consta de agujeros ). Para atraer (en realidad repeler los electrones) estos necesitamos un voltaje negativo (con respecto al sustrato) en la puerta. Haz un dibujo de vista lateral de un PMOS para entenderlo mejor. Realmente, no es tan difícil.
Entonces canal NMOS: electrones, canal PMOS: agujeros. Ahora, la movilidad de los electrones (qué tan rápido se mueven) es aproximadamente 3 veces mayor que la movilidad de los agujeros. Eso hace que un transistor NMOS sea más rápido (y tenga más transconductancia) que un transistor PMOS de tamaño similar.
Creo que lo tengo. cuando tenemos un NMOS, el voltaje positivo repele los agujeros y atrae electrones libres. Los electrones forman un canal y son más móviles que los aniones que se forman por repulsión de huecos.
Entonces, a medida que suministramos Vds, tanto los aniones como los electrones son atraídos hacia el drenaje (donde está conectada la sonda positiva), pero debido a las diferencias de movilidad, los electrones se mueven más rápido. Inicialmente, el canal funciona bien y actúa como conductor. Pero pronto, el voltaje en el drenaje es lo suficientemente alto como para atraer también los aniones, lo que obstruye el canal (términos no científicos). Esto significa que incluso si aumentamos Vds, tenemos menos suerte con el canal y la corriente se mantiene constante.
matemáticamente, el voltaje en la puerta (Vgs-Vumbral) debe ser mayor que Vds para garantizar que los aniones no se atraigan para obstruir un lado y puedan permanecer uniformes. Lo cual se ve matemáticamente como Vds>Vgs -Vt para saturación
¡Sí, lo tienes! Respecto al último comentario: como yo lo veo es que el Vds se "estira" entre drenaje y fuente. Entonces, si Vds = 4 V, entonces en algún punto intermedio hay un punto donde el potencial debajo del óxido de la puerta es de 2 V. Solo cuando el voltaje entre ese punto (debajo del óxido de la puerta) y la puerta misma es > Vt puede haber un canal . Entonces, en la saturación, hay un canal entre la fuente y ese punto. Y ningún canal entre ese punto y el Drenaje. Para un NMOS con Vt=1V y Vgs = 3V, ese punto estaría en Vgs-Vt = 2 V.
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