MOSFET, modulazione del canale

[gekofive]

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Nella figura qui sopra è rappresentato un MOSFET canale N con una polarizzazione tale da metterlo in condizione di saturazione con accorciamento della lunghezza di canale. Domanda: se nel tratto di canale b-c non ci sono portori liberi, come fanno gli elettroni a passare e raggiungere il drain?

È facilmente intuibile che in assenza di corrente , tutto il substrato ha potenziale 0 V e ci sono le condizioni per la formazione del canale, essendo . È altrettanto vero che in presenza anche della minima corrente, il substrato in corrispondenza della zona D assume potenziale , impedendo la formazione del canale. Le due condizioni sono in contrasto tra di loro e impongono la necessità di una situazione di equilibrio intermedia. Questa cosa, in tutti i testi di microelettronica che ho consultato, viene data per scontata senza dare alcuna spiegazione o dimostrazione.

La condizione in regime di saturazione profonda, con accorciamento del canale, come mostrato in figura, è ancora più difficile da accettare. Se le cose stessero come riportato in tutti i testi, si potrebbe modellare la situazione con due MOSFET distinti, uno con canale corrispondente al tratto a-b e uno in serie con canale corrispondente al tratto b-c. Il secondo MOSFET sarebbe però in interdizione e non ci potrebbe essere passaggio di corrente. Chiaramente le cose non stanno in questi termini.

Guardando la polarizzazione del dielettrico della capacità di gate in funzione della posizione lungo il canale, vediamo che in corrispondenza della zona di source, la polarizzazione è massima con gate a potenziale maggiore del substrato. Questa condizione richiama i portatori liberi che generano il canale. In questo punto, la densità dei portatori è massima. Man mano che ci si sposta lungo il canale verso il drain, il potenziale del substrato diventa maggiore e di conseguenza diminuisce la polarizzazione del dielettrico con diminuzione delle cariche richiamate e conseguente minore densità di carica nel canale. Arrivati al punto di pinch-off (b nella figura), la polarizzazione è ancora positiva, ma sufficiente solo a garantire lo svuotamento delle lacune dal substrato. Il canale è comunque chiuso, perché gli ioni rimasti non sono in grado di sostenere la corrente. Nel tratto b-c abbiamo poi l’inversione della polarizzazione che, per definizione, rende il canale un isolante.

Perché allora abbiamo comunque il passaggio della corrente di saturazione? Ovviamente le cose nel tratto b-c non stanno come descritto (sia da me, sia nei testi). In quella zona esistono portatori in grado di garantire il passaggio di corrente, ma da dove vengono? Come possono esistere se la polarizzazione della capacità di gate è inversa rispetto alla condizione di conduzione?

Ho posto questa domanda a scuola e mi è stato risposto che devo smetterla di farmi certe domande e accettare le cose per come sono. Magari qui c’è qualcuno che lo sa e che non nasconde la propria ignoranza dietro una risposta di convenienza.

[boiler]

When Vds becomes larger than the Vds(sat) value, the point in the channel at which the inversion charge is just zero moves toward the source terminal. In this case, electrons enter the channel at the source, travel through the channel toward the drain, and then, at the point where the charge goes to zero, the electrons are injected into the space charge region where they are swept by the E-field to the drain contact.

[gekofive]

Ecco la risposta che aspettavo.
Grazie, cerco di procurarmi quella pagina.