Рисунок 4 – Область канала ПТУП с обедненными областями

 

Рассмотрим одномерную структуру с длиной затвора L между областями истока и стока. Ширина Z перпендикулярна к плоскости бумаги (обычно Z > L), ток стока протекает вдоль направления y.

Также рассмотрим резкий асимметричный переход затвора с концентрацией акцепторов N_a в p-области много большей, чем концентрация доноров N_d в канале, N_a >> N_d. Поэтому, обедненная область простирается, прежде всего, в n-канал. Расстояние между затвором p-типа и подложкой d, толщина обедненной области затвора в n-канале W, и толщина нейтральной части канала X_w. Для того чтобы сосредоточиться на роли затвора, предположим, что обедненная область перехода подложки простирается, прежде всего, в подложку, так что

 

X_w ~ d – W,(1)

 

что обычно выполняется на практике.

Сопротивление области канала может быть записано как

 

(2)

где ρ – удельное сопротивление канала.

Следовательно, ток стока равен

 

(3)

 

Зависимость W от напряжения затвора определяется соотношением

 

 ,(4)

 

где φ₀ – встроенный потенциал.

Подставим (4) в (1), а (1) в (3). Ток теперь может быть записан как функция напряжений на затворе и на стоке.

 

 .(5)

 

Коэффициенты перед скобками представляют выходную проводимость G_O n-области, таким образом, уравнение (5) перепишется как

 

 .(6)

 

Следовательно, зависимость I_D (V_DS) линейная при условии малых напряжений сток-исток. Квадратичная зависимость I_D (V_GS) в уравнении (6) следует из предположения о резком характере перехода затвор-канал.

Из уравнения (6) видно, что I_D будет максимальным при напряжении V_GS = 0, будет уменьшаться с увеличением V_gs и станет равным нулю при таком V_gs, при котором вся область канала будет обеднена.

Теперь рассмотрим произвольные значения V_ds и V_gs при условии, что

V_gs < 0.

Когда значения напряжения V_ds произвольные, напряжение затвор-канал – функция координаты y. Следовательно, ширина обедненной области, а, следовательно, и поперечное сечение канала также изменяется с координатой. В данном n-канальном ПТУП падение напряжения на обедненной области вблизи стока больше, чем вблизи истока. Поэтому, вблизи стока обедненная область шире, как показано на рисунке 5.