N-MOS的工作原理

Question

在N-MOS中。若是不把衬底与源极连接在一起，为什么UBS的电压要让衬-源之间的PN结反向偏置而不是正向偏置

Answer 1

以下内容由CHATGPT及阿里嘎多学长共同生成、有用望采纳：

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N-MOS晶体管的工作原理涉及到其结构和电学特性。在N-MOS晶体管中，衬底通常是P型半导体，而源极和漏极是N型半导体。衬底与源极之间的PN结的偏置状态对于晶体管的正常工作至关重要。

当衬底与源极不连接在一起时，需要通过UBS（衬底到源极的电压）来控制衬-源之间的PN结的偏置状态。这里有几个关键点需要理解：

1. 反向偏置增强隔离：如果衬-源之间的PN结被正向偏置，那么衬底和源极之间就形成了一个低阻抗路径，这可能会导致电流直接从衬底流向源极，绕过沟道区域。这不仅会降低晶体管的效率，还可能引起热效应和损坏晶体管。相反，反向偏置可以确保衬底和源极之间存在一个高阻抗路径，从而增强隔离效果，避免直接电流流动[^1^][^2^]。

2. 防止衬偏效应：在没有适当控制衬底电位的情况下，可能出现场感应结以及源-衬底结出现正偏的现象，这会导致器件和电路的沟道导电作用失效。为了防止这种情况，需要在衬底与源区之间加上一个适当高的反向电压，称为衬偏电压，以保持场感应结为反偏状态[^2^]。

3. 维持沟道的正常工作：在N-MOS晶体管中，栅极电压（vGS）控制着沟道的形成。如果衬-源结正向偏置，可能会影响栅极电压对沟道的控制能力，导致晶体管无法正常工作。通过保持衬-源结的反向偏置，可以确保栅极电压能够有效地控制沟道的形成和导电性[^3^]。

4. 提高晶体管性能：通过适当的衬偏电压，可以优化晶体管的性能，如降低阈值电压、减少沟道电阻、提高跨导等，从而提高晶体管的整体性能[^2^]。

总结来说，N-MOS晶体管在不将衬底与源极连接的情况下，需要UBS电压来实现衬-源之间的PN结反向偏置，主要是为了增强隔离效果、防止衬偏效应、维持沟道的正常工作，以及提高晶体管的性能。

以下是相关的参考资料链接：

• [MOS管衬底电位接法|PMOS、NMOS衬底连接...][^1^]
• [衬偏效应_百度百科][^2^]
• [超级详细-NMOS、PMOS的工作原理及相关内容整理…][^3^]

Answer 2

引自免费微信小程序：皆我百晓生

N-MOS晶体管（氮化镓）是一种双极型半导体器件，在其工作过程中，N沟道增强型MOSFET的导电特性依赖于衬底和源极之间的接触。

当N-MOS工作时，它利用栅极施加的电压来控制漏极电流，从而改变载流子（例如电子和空穴）的移动方向。为了实现这一点，衬底和源极之间必须具有一个反向偏置的PN结，以便N通道中的电子可以从源极流向衬底，而P通道中的空穴则从衬底流向源极。

在这个过程中，栅极电压决定了源极到衬底之间的势垒高度，从而使N通道上的电子更容易通过，同时P通道上的空穴更难通过。这个过程称为注入效应。

具体来说，当栅极电压为正值时，源极附近的电子被吸引向栅极，形成负偏压。相反，当栅极电压为负值时，源极附近的电子被排斥向栅极，形成正偏压。这意味着，只有当栅极电压使源极附近电子的势能低于P-N结的势能时，才能发生注入效应。

因此，若将衬底与源极连接起来，则不会产生反向偏置的PN结，因为此时没有足够的势垒阻止电子流入衬底。这就解释了为什么在不把衬底与源极连接在一起的情况下，N-MOS工作时UBS的电压必须让衬-源之间的PN结反向偏置，而非正向偏置的原因。