Рисунок 5 – Изменение ширины обедненной области вдоль канала, когда напряжение на стоке больше напряжения на истоке

 

При рассмотрении физических принципов работы используется аппроксимация плавного канала. Эта аппроксимация предполагает, что ширина канала и обедненной области изменяются медленно от истока к стоку так, что ширина обедненной области зависит только от полей в вертикальном направлении, а не от полей, простирающихся от стока к истоку. Другими словами, поле в обедненной области в направлении y – намного меньше, чем в направлении x, и ширина обедненной области может быть выражена, проведя одномерный анализ структуры.

В пределах этой аппроксимации, выражение для приращения падения напряжения на малом сечении канала длиной dy в направлении y может быть записано как

 

(7)

 

Ширина обедненной области теперь изменяется напряжением [V_gs – V(y)], где V(y) – потенциал канала в точке y, таким образом

 

 .(8)

 

Это выражение подставим в уравнение (7), которое затем, интегрируя в пределах от истока до стока, мы получим вольтамперную характеристику ПТУП

 

.(9)

 

После интегрирования и преобразования,

 

.(10)

 

При малых напряжениях стока, уравнение (10) упрощается до (6); при больших напряжениях стока, уравнение (10) показывает, что ток максимален при V_GS = 0 и начинает уменьшаться с увеличением V_GS. Из рисунка 6 видно, что с увеличением напряжения стока, ширина проводящего канала вблизи стока уменьшается, пока, наконец, канал полностью не перекроется в этой области (рисунок 6 б).

 

 

а) V_DS очень мало, канал почти эквипотенциален и размеры обедненных областей одинаковы. б) V_DS увеличивается до V_D,sat, обедненные области с двух сторон канала перекрываются в точке отсечки y = L. в) V_DS>V_D,sat, точка отсечки y = L’ медленно движется ближе к истоку.