Por qué ocurre MOSFET Pinchoff

Esta pregunta se refiere a los MOSFET de tipo n mejorados. Por lo que entiendo, se forma una capa de inversión debajo de la capa aislante debajo de la puerta del MOSFET cuando se aplica un voltaje a la puerta. Cuando este voltaje excede V T , la tensión de umbral ; esta capa de inversión permite que los electrones fluyan desde la fuente hasta el drenaje. Si un voltaje V D S ahora se aplica, la región de inversión comenzará a estrecharse y, finalmente, se estrechará tanto que se pellizcará , una vez que se haya pellizcado (ya no puede encogerse en altura), comenzará a encogerse en longitud (ancho) cada vez más cerca de la fuente.

Mis preguntas son:

  • ¿Es correcto lo que he dicho hasta ahora?
  • ¿Por qué se produce este pinch-off? No entiendo lo que dice mi libro. Dice algo acerca de que el campo eléctrico en el drenaje también es proporcional a la puerta.
  • Tengo entendido que cuando el MOSFET está saturado, se forma una capa de agotamiento entre la broca pellizcada y el drenaje. ¿Cómo fluye la corriente a través de esta porción agotada hacia el drenaje? Pensé que la capa de agotamiento no conduce... Como en un diodo...

Respuestas (1)

Su descripción es correcta: dado que V GRAMO S > V T , si aplicamos un voltaje de drenaje a fuente de magnitud V S A T = V GRAMO S − V T o superior, el canal se pellizcará.

Voy a tratar de explicar lo que sucede allí. Estoy asumiendo MOSFET tipo n en los ejemplos, pero las explicaciones también son válidas para MOSFET tipo p (con algunos ajustes, por supuesto).

El motivo del pinch-off:

Piensa en el potencial eléctrico a lo largo del canal: es igual V S cerca de la Fuente; es igual V D cerca del drenaje. Recuerde también que la función potencial es continua. La conclusión inmediata de las dos afirmaciones anteriores es que los cambios potenciales se forman continuamente. V S a V D a lo largo del canal (permítanme ser informal y usar los términos "potencial" y "voltaje" indistintamente).

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Ahora, veamos cómo la conclusión anterior afecta la carga en la capa de inversión. Recuerde que esta carga se acumula debajo de la puerta debido al voltaje de puerta a sustrato (sí, sustrato, no fuente. La razón por la que generalmente usamos V GRAMO S en nuestros cálculos se debe a que asumimos que el Sustrato y la Fuente están conectados al mismo potencial). Ahora, si el potencial cambia a lo largo del canal cuando aplicamos V D S , el voltaje de puerta a sustrato también cambia a lo largo del canal, lo que significa que la densidad de carga inducida variará a lo largo del canal.

cuando aplicamos V S A T = V GRAMO S − V T al drenaje, el voltaje efectivo de puerta a sustrato cerca del drenaje será: V mi F F = V GRAMO S − V S A T = V T . Significa que cerca del drenaje, el voltaje de puerta a sustrato es suficiente para formar la capa de inversión. Cualquier potencial más alto aplicado a Darin hará que este voltaje se reduzca por debajo del voltaje de umbral y no se formará el canal; se producirá un pinch-off.

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Qué sucede entre el punto de pellizco y el drenaje:

El voltaje de puerta a sustrato en esta región no es suficiente para la formación de la capa de inversión, por lo tanto, esta región solo se agota (en lugar de invertirse). Si bien la región de agotamiento carece de operadores móviles, no hay restricciones en el flujo de corriente a través de ella: si un operador ingresa a la región de agotamiento desde un lado y hay un campo eléctrico en toda la región, este operador será arrastrado por el campo. Además, los transportistas que ingresan a esta región de agotamiento tienen velocidad inicial.

Todo lo anterior es cierto siempre que los portadores en cuestión no se recombinen en la región de agotamiento. En MOSFET de tipo n, la región de agotamiento carece de portadores de tipo p, pero la corriente consiste en portadores de tipo n; esto significa que la probabilidad de recombinación de estos portadores es muy baja (y puede despreciarse para cualquier propósito práctico).

Conclusión: los portadores de carga que ingresan a esta región de agotamiento serán acelerados por el campo a través de esta región y finalmente llegarán al drenaje. Por lo general, la resistividad de esta región puede despreciarse por completo (la razón física de esto es bastante compleja: esta discusión es más apropiada para el foro de física).

Espero que esto ayude

¡Ciertamente ayuda! Gracias, entiendo la mayor parte excepto por esto "Ahora, si el potencial cambia a lo largo del canal cuando aplicamos V D S , el voltaje de puerta a sustrato también cambia a lo largo del canal, lo que significa que la densidad de carga inducida variará a lo largo del canal". ¿Es así: en la fuente, los electrones tienen un alto potencial y, por lo tanto, de alguna manera la inversión la capa es grande hacia la fuente, y hacia el drenaje los electrones han perdido la mayor parte de su potencial y de alguna manera la capa de inversión es más delgada?
No, esta vez tu descripción es incorrecta. Regrese a la definición de capacitor MOS: cuanto mayor sea la diferencia de potencial entre la puerta y el sustrato, más carga se acumulará debajo de la puerta (carga de inversión). Cuando no hay voltaje de drenaje a fuente, esta diferencia de potencial es constante. Sin embargo, cuando aplica un mayor potencial al Drenaje, el potencial del Substrato cerca del Drenaje también aumenta. Este aumento local en el potencial del sustrato conduce a una reducción local del voltaje de puerta a sustrato, lo que conduce a una menor inversión de carga (y, finalmente, a un pinch-off).
Ah, sí, entonces el voltaje del drenaje a la fuente se opone al voltaje de la puerta al sustrato y esta oposición es muy pronunciada cerca del drenaje y apenas pronunciada cerca de la fuente. Supongo, entonces, que es por esta razón que cuando el voltaje del drenaje a la fuente es igual al voltaje de la puerta al sustrato, el voltaje en el drenaje básicamente se opone por completo al voltaje de la puerta al sustrato, lo que hace que la capa de inversión sea pequeña (pellizco apagado) cerca del desagüe. ¡Muchas gracias por esto, ciertamente lo has dejado mucho más claro que cualquiera de mis libros!
De nada. Una pequeña nota: el pinch-off ocurre cuando
V S A T = V GRAMO S − V T
. Significa que el voltaje de puerta a sustrato no es necesariamente cero en la región de estrangulamiento, sino menor que el voltaje de umbral
Gracias Vasiliy por tu respuesta. Lo que me gustaría preguntarle es si se aplica lo mismo para el modo de empobrecimiento nMOS o solo para los transistores en modo de mejora. Espero que entiendas.
@Theo, que yo sepa, los nMOS en modo de agotamiento se fabrican formando deliberadamente un canal conductor con silicio de tipo n. Para nMOS planar, esto significa que habrá una capa de dopantes implantados de iones justo debajo del óxido de puerta. Esta capa adicional no se encuentra en los transistores de modo de mejora, por lo tanto (aunque existe una noción de pellizco en los MOSFET de agotamiento), no creo que la respuesta a su pregunta pueda ser positiva. Le sugiero que haga otra pregunta sobre transistores de agotamiento y enlace a esta pregunta como fuente.
Muchas gracias Vasilliy fue muy buena explicación. yo tambien tengo la misma duda del tema.
Por qué ocurre MOSFET Pinchoff
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