Характеристики МОП ПТ в области отсечки

Как следует из уравнения (6.9), по мере роста напряжения исток‑сток V_DS в канале может наступить такой момент, когда произойдет смыкание канала, т.е. заряд электронов в канале в некоторой точке станет равным нулю. Это соответствует условию:

. (6.11)

Поскольку максимальная величина напряжения V(y) реализуется на стоке, то смыкание канала, или отсечка, произойдет у стока. Напряжение стока V_DS, необходимое для смыкания канала, называется напряжением отсечки V_DS^*. Величина напряжения отсечки определяется соотношением (6.11). На рисунке 6.4 показаны оба состояния – состояние плавного канала и отсеченного канала. С ростом напряжения стока V_DS точка канала, соответствующая условию отсечки (6.11), сдвигается от стока к истоку. В первом приближении при этом на участке плавного канала от истока до точки отсечки падает одинаковое напряжение , не зависящее от напряжения исток‑сток. Эффективная длина плавного канала L' от истока до точки отсечки слабо отличается от истинной длины канала L и обычно . Это обуславливает в области отсечки в первом приближении ток стока I_DS, не зависящий от напряжения стока V_DS. Подставив значение напряжения отсечки V_DS^* из (6.11) в (6.10) вместо значения напряжения стока V_DS, получаем для области отсечки выражение для тока стока:

. (6.12)

Соотношение (6.12) представляет собой запись вольт-амперной характеристики МДП‑транзистора в области отсечки. Зависимости тока стока I_DS от напряжения на затворе V_GS называются обычно переходными характеристиками (рис. 6.5), а зависимости тока стока I_DS от напряжения на стоке V_DS – проходными характеристиками транзистора.

При значительных величинах напряжения исток‑сток и относительно коротких каналах (L = 10÷20 мкм) в области отсечки наблюдается эффект модуляции длины канала. При этом точка отсечки смещается к истоку и напряжение отсечки V_DS^* падает на меньшую длину канала. Это вызовет увеличение тока I_DS канала. Величина напряжения ΔV, падающая на участке ΔL от стока отсечки, будет равна:

. (6.13)

Рис. 6.4. Зависимость тока стока I_DS от напряжения на стоке V_DS для МОП ПТ при различных напряжениях на затворе. Пороговое напряжение V_T = 0,1 В. Сплошная линия – расчет по (6.10) и (6.12), точки – экспериментальные результаты

Поскольку напряжение ΔV падает на обратносмещенном p‑n⁺ переходе, его ширина ΔL будет равна:

. (6.14)

Ток канала равен I_DSº, когда напряжение исток‑сток равно напряжению отсечки и величина ΔL = 0. Обозначим I_DS ток стока при большем напряжении стока:.

Тогда

. (6.15)

Следовательно, ВAX МДП‑транзистора с учетом модуляции длины канала примет следующий вид:

. (6.16)

Рис. 6.5. Зависимость тока стока I_DS от напряжения на затворе V_GS в области плавного канала при V_DS = 0,1 B – кривая 1; зависимость корня из тока стока от напряжения на затворе в области отсечки – кривая 2

Эффект модуляции длины канала оказывает большое влияние на проходные характеристики МДП‑транзистора с предельно малыми геометрическими размерами.