Por que ocorre o MOSFET Pinchoff

Esta questão diz respeito aos MOSFETs aprimorados do tipo n. Pelo que eu entendo, uma camada de inversão é formada por baixo da camada de isolamento por baixo da porta do MOSFET quando uma voltagem é aplicada à porta. Quando essa tensão exceder , a tensão limite ; essa camada de inversão permite que os elétrons fluam da fonte para o dreno. Se uma tensão é agora aplicada, a região de inversão começará a diminuir e, eventualmente, ele vai afunilar tanto que ele vai beliscar-off , uma vez que tenha beliscou-off (que já não pode encolher em altura) , ele começará a encolher em comprimento (largura), ficando cada vez mais perto da fonte. $V_\mathrm{T}$ $V_\mathrm{DS}$

Minhas perguntas são:

O que eu disse até agora está correto?
Por que esse aperto ocorre? Não entendo o que meu livro diz. Diz algo sobre o campo elétrico no dreno também ser proporcional ao portão.
Entendo que, quando o MOSFET está saturado, uma camada de depleção se forma entre a broca e o dreno. Como a corrente flui através dessa porção esgotada para o dreno? Eu pensei que a camada de depleção não conduz ... Como em um diodo ...

transistors mosfet pn-junction

— user968243
fonte

Sua descrição é correta: dado que , se aplicarmos uma tensão dreno-fonte de magnitude ou superior, o canal vai beliscar-off. $V_{GS}>V_T$ $V_{SAT}=V_{GS}-V_{T}$

Vou tentar explicar o que acontece lá. Estou assumindo o MOSFET do tipo n nos exemplos, mas as explicações também se aplicam ao MOSFET do tipo p (com alguns ajustes, é claro).

O motivo do pinch-off:

Pense no potencial elétrico ao longo do canal: é igual a perto da Fonte; é igual a perto do dreno. Lembre-se também de que a função potencial é contínua. A conclusão imediata das duas afirmações acima é que mudanças em potencial formam continuamente a ao longo do canal (deixe-me não formal e use os termos "potencial" e "tensão" de forma intercambiável). $V_S$ $V_D$ $V_S$ $V_D$

insira a descrição da imagem aqui

Agora, vamos ver como a conclusão acima afeta a carga na camada de inversão. Lembre-se de que essa carga é acumulada sob o Gate devido à tensão entre o Portão e o Substrato (sim, Substrato, não Fonte. A razão pela qual geralmente usamos em nossos cálculos é porque assumimos que o Substrato e a Fonte estão conectados ao mesmo potencial). Agora, se o potencial mudar ao longo do canal quando aplicamos , a tensão entre porta e substrato também muda ao longo do canal, o que significa que a densidade de carga induzida variará ao longo do canal. $V_{GS}$ $V_{DS}$

Quando aplicamos ao Drain, a tensão eficaz Porta-a-substrato perto da drenagem será: . Isso significa que, perto da tensão de drenagem, a porta do substrato é suficiente para formar a camada de inversão. Qualquer potencial mais alto aplicado ao Darin fará com que essa voltagem se reduza abaixo da voltagem do limite e o canal não será formado - ocorre a compressão. $V_{SAT}=V_{GS}-V_{T}$ $V_{eff}=V_{GS}-V_{SAT}=V_T$

insira a descrição da imagem aqui

O que acontece entre o ponto de aperto e o dreno:

A tensão entre porta e substrato nessa região não é suficiente para a formação da camada de inversão; portanto, essa região é apenas reduzida (em oposição à invertida). Embora a região de exaustão não possua operadoras de telefonia móvel, não há restrição no fluxo de corrente através dela: se uma operadora entrar na região de exaustão de um lado e houver um campo elétrico em toda a região - essa operadora será arrastada pelo campo. Além disso, as transportadoras que entram nesta região de esgotamento têm velocidade inicial.

Tudo acima é verdade, desde que as transportadoras em questão não se recombinem na região de depleção. No MOSFET do tipo n, a região de depleção carece de portadores do tipo p, mas a corrente consiste em portadores do tipo n - isso significa que a probabilidade de recombinação desses portadores é muito baixa (e pode ser negligenciada para qualquer finalidade prática).

Conclusão: as transportadoras que entram nesta região de esgotamento serão aceleradas pelo campo em toda a região e chegarão ao ralo. Geralmente, a resistividade dessa região pode ser completamente negligenciada (a razão física para isso é bastante complexa - essa discussão é mais apropriada para o fórum de física).

Espero que isto ajude

— Vasiliy
fonte

V_{D S}

$V_\mathrm{DS}$

Não, desta vez sua descrição está errada. Volte à definição do capacitor MOS: quanto maior a diferença de potencial entre o Gate e o Substrato, mais carga será acumulada sob o gate (carga de inversão). Quando não há tensão de drenagem para a fonte, essa diferença de potencial é constante. No entanto, quando você aplica maior potencial ao dreno, o potencial do substrato próximo ao dreno também aumenta. Esse aumento local no potencial do Substrato leva a uma redução local da tensão de Porta a Substrato, o que leva a uma menor carga de inversão (e, eventualmente, à compressão).

— Vasiliy

Ah, sim, então a tensão Drain to Source se opõe à tensão Gate to Substrate e essa oposição é muito pronunciada perto do Drain e mal pronunciada perto da fonte. Acho que é por esse motivo que, quando a tensão Drain to Source é igual à tensão Gate to Substrate, a tensão no Drain basicamente se opõe totalmente à tensão Gate to Substrate, fazendo com que a camada de inversão seja pequena (pitada desligado) perto do dreno. Muito obrigado por isso, você certamente deixou muito mais claro do que qualquer um dos meus livros!

— user968243

V_{S UMA T} = V_{G S} - V_{T}

$V_{SAT}=V_{GS}-V_T$ . Isso significa que porta-a-substrato tensão não é necessariamente zero no pinch-off região, mas inferior a tensão de limiar

— Vasiliy

Obrigado Vasiliy pela sua resposta. O que eu gostaria de perguntar é se o mesmo se aplica ao modo de esgotamento nMOS ou se é válido apenas para transistores no modo de aprimoramento? Espero que entenda.