深扒“亚稳态”的底裤，从MOS管到CMOS门电路，再到亚稳态分析

1 从MOS管原理学起

MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体 场效应晶体管）

1.1 N沟道增强型MOS管：

1. 不加电压，此时，载流子由于浓度差而产生的扩散作用 与 内建电场作用下的漂移运动 达到动态平衡，形成PN结。源极S（Source）与漏极D（Drain）之间为两只背向的PN结。不存在导电沟道，所以源漏不导通。

2. v D S = 0 , v G S > 0 v_{DS}=0,v_{GS}>0 vDS​=0,vGS​>0。注意栅极G（Gate）与P型衬底间有一层 S i O 2 SiO_2 SiO2​，导致不导通，但由于外电场作用吸引电子。这些电子形成N型薄层（反型层）

使沟道刚形成的电压称为开启电压（ U G S ( t h ) U_{GS(th)} UGS(th)​）, v G S v_{GS} vGS​越大，沟道越大，电阻越小。 3. v D S > 0 , v G S > U G S ( t h ) v_{DS}>0,v_{GS}>U_{GS(th)} vDS​>0,vGS​>UGS(th)​。 因为存在沟道，若 v D S > 0 v_{DS}>0 vDS​>0,则有漏极到源极的电流。 造成：沟道中各点与栅极间的电压不相等，而是沿沟道从源极到漏极逐渐变大，即漏极一侧的耗尽层比源极宽。即漏极一侧沟道比源极窄：

结果：

• v D S < v G S − U G S ( t h ) v_{DS}v_{GS}-U_{GS(th)} vDS​>vGS​−UGS(th)​：随着 v D S v_{DS} vDS​的增大，夹断区延长， v D S v_{DS} vDS​增大的部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力。 所以输出电流特性曲线呈现：

1.2 其他3种类型MOS管

1. P沟道增强型MOS管 P沟道增强型MOS管 开启电压 U G S ( t h ) < 0 U_{GS(th)}