FETの電流特性

質問

CMOSなどFETの電流特性において、ソースドレイン電圧の増加に従って、最初は線形に電流が増加し、結局は飽和してしまうという特性が見て取れます。

その特性の理由として、チャネルのドレイン側が段々狭くなり、結局はピンチオフしてしまうからということだったと思うのですが、ここで、二点疑問点がありまして、なぜドレイン側のみのチャネルが細くなり、また、なぜピンチオフ後も一定の電流が流れ続けるのでしょうか？

ピンチオフということはチャネルがそこで切れてしまって電流値がゼロになるような気がするのですが。トンネル電流の類なのでしょうか？また、さらに電圧を上げるとチャネルが短くなり始め、ピンチオフ点から先は完全にクウボウ化しているはずなのに、流れ続けるのも不思議です。

以上具体的に教えていただきたく思います。
よろしくお願いします。

回答No.2

gandhi- · ベストアンサー

ゲート電極の電位は、電極が金属なので電極全体で一様です。つまりソース側でもドレイン側でも電位はVgです。
ソースドレイン方向で電位が変化するのはチャネル内です。
ソースドレイン間にはVdsという電圧が印可されますが、理想的にはこの電圧は全てチャネルにかかります。
チャネルにも当然抵抗があるので、ソース側の電位はGND、ドレイン側はVdsといったようにチャネル中の電位はリニアに変化します。
ドレイン側でチャネル内の電位が高くなるため、ゲート（Vg）との電位差が小さくなり、反転層は形成されにくくなります。
半導体デバイス関係の教科書を見ると図解で説明されているはずですので、理解しやすいと思います。
一度は実際に式を導出してみるとよく理解でき、非常によい勉強になると思います。

お礼

ありがとうございます。
参考書を探してじっくり読んでみます。

回答No.1

gandhi-

まずMOSFETでチャネルが形成するには、ゲートと半導体間に反転状態までバンドを曲げる電位差が必要です。
ドレイン電圧Vdsが印可されると、チャネルのドレイン側の電位はVdsに近くなり、ゲート電極の電位Vgとの差が減少します。
結果、電位差が不十分になり、反転電荷を誘起することが出来なくなります。

またピンチオフ(チャネルが途切れて)しても電流が流れる原因ですが、この空乏層はドレイン側に電子を引き込んでいます。
バンドを考えると分かると思います。

一般的な半導体デバイスに関する教科書を調べると解析的に飽和特性など算出しているので、理解できると思います。

補足

さっそくのご回答ありがとうございます。

ゲート方向に生ずる電位差がチャネル方向にそって変化するからというのはわかったのですが、ということは、チャネル方向の電圧は一定で、ゲート方向にかかる電圧はドレインに近づくにつれてリニアに減少するということになるのでしょうか？