是什么讓MOSFET可以成為一個(gè)電流源呢？

當(dāng)VGS>VTH時(shí)，MOSFET表現(xiàn)為一個(gè)壓控電阻；但是，能讓MOSFET成為現(xiàn)在集成電路中的翹楚，肯定不是只是壓控電阻這么簡(jiǎn)單呢。當(dāng)漏極電壓逐夠大的時(shí)候，MOS管會(huì)表現(xiàn)為一個(gè)壓控電流源。這使得MOSFET可以成為一個(gè)放大器。

那到底是什么讓MOSFET可以成為一個(gè)壓控電流源呢？我覺(jué)得是MOSFET的通道夾斷效應(yīng)(channel Pinch-off)。

那什么是通道夾斷效應(yīng)呢？

（1）當(dāng)柵極和P型襯底接觸面之間的電勢(shì)差大于VTH時(shí)，開(kāi)始形成溝道。如果VD=VS=0時(shí)，雖然溝道形成，但是還是沒(méi)有電流，因此沿著溝道長(zhǎng)度處的電勢(shì)相等。

（2）加大VD的電壓，使得VD>0&VG-VD>Vth，溝道中開(kāi)始有電流形成，而由于溝道電阻的存在，所以沿著溝道長(zhǎng)度處的電勢(shì)是不等的，靠近源極處為0，而靠近漏極處為VD。所以此時(shí)，柵極和P型襯底接觸面之間的電勢(shì)差也是不等的，靠近源極處為VG，而靠近漏極處為VG-VD。

（3）繼續(xù)加大VD的電壓，使得VG-VD=Vth，此時(shí)在x=L,即漏極處，溝道截止。即產(chǎn)生通道夾斷效應(yīng)。

（4）在繼續(xù)加大VD的電壓，使得VG-VD<Vth，則溝道仍然截止，但截止點(diǎn)位于漏極和源極之間的某處，如L1<L處截止。而在L1與L處則沒(méi)有通道。

那在L1和L之間沒(méi)有通道了，那是不是就沒(méi)有電流了呢？答案當(dāng)然不是啦，要不然MOSFET管就不會(huì)像今天這么流行了。因?yàn)槁O是n型摻雜，襯底為P型摻雜，所以漏極和襯底之間有一個(gè)PN結(jié)，且VD>0, VSUB=0，即n區(qū)域的電勢(shì)高于P區(qū)域的電勢(shì)，即PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，所以其存在耗盡區(qū)。而耗盡區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)，則會(huì)把到達(dá)溝道截止處的電子吸引過(guò)來(lái)，保證電子可以繼續(xù)通過(guò)。

但是，此時(shí)，VD不會(huì)對(duì)電流的大小具有顯著影響了，這時(shí)MOSFET就表現(xiàn)為一個(gè)恒流源。

上面是定性分析，下面可以更進(jìn)一步，采用定量分析的方法，來(lái)看一下，為什么此時(shí)MOSFET像個(gè)恒流源了呢？在分析這個(gè)問(wèn)題之前，先定義幾個(gè)變量。變量1：Cox,單位面積下柵極與溝道之間的電容，單位為F/m2.變量2：C，單位長(zhǎng)度下柵極與溝道之間的電容，單位為F/m變量3：V，柵極與溝道之間的電壓變量4：W，柵極的寬度變量5：L，溝道的長(zhǎng)度 變量6：Q,單位長(zhǎng)度下溝道中的自由電子，即電荷密度,單位為 Q/m變量7：v,電荷的移動(dòng)速度

現(xiàn)在，開(kāi)始公式推導(dǎo)之旅。

C=W*CoxV=VGS-VTH(因?yàn)楫?dāng)VGS<VTH時(shí)，不存在自由電荷)V(x)=VGS-V(x)-VTH(因?yàn)闇系离妱?shì)隨位置變化，在源極V(x)=0)Q(x)=C*V(x)=WCox(VGS-V(x)-VTH),溝道上的電荷密度I=dQ/dt=v*dt*Q(x)/dt=v*Q(x)

因?yàn)闇系乐械碾娏?，主要是在電?chǎng)作用下移動(dòng)，所以屬于漂移電流，因此：

則得到以下公式：

而ID在通道中，是恒定的，因?yàn)殡娮右矝](méi)啥地方可去，只能從源極跑到漏極。所以：

當(dāng)VDS<VGS-VTH時(shí)，為triode region，也稱為線性區(qū)域；當(dāng)VDS>VGS-VTH時(shí)，為飽和區(qū)域。不過(guò)在線性區(qū)域處，還存在一個(gè)深度線性區(qū)域，即VDS<<2(VGS-VTH)，此時(shí)

即對(duì)于固定的VGS，ID與VDS呈線性關(guān)系，即MOS管表現(xiàn)為一個(gè)簡(jiǎn)單的線性電阻。

由于通道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，飽和區(qū)的本來(lái)平坦的直線會(huì)微微上翹。這是因?yàn)楫?dāng)溝道夾斷效應(yīng)發(fā)生后，L1在某種程度上，也會(huì)受VDS的影響，即VDS越大，L1會(huì)變小，但是變小的程度不大。所以，當(dāng)VDS變大時(shí)，ID也會(huì)有一定程度的變大。此時(shí)，

不再是∞，不過(guò)由于ID-VDS的斜率不高，所以輸出電阻還是比較大。