Transistor hiệu ứng trường MOSFET

23 993 7
Transistor hiệu ứng trường MOSFET

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Transistor hiệu ứng trường MOSFET

Transistor hiệu ứng trường MOSFET Nguyễn Quốc Cường Bộ môn 3I-HUT Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường , Giới thiệu « « MOSFET: Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor MOSFET sử dụng nhiều công nghệ chế tạo IC - Kích thước nhỏ -_ Cơng suất tổn hao thấp -_ Giá thành thấp „ Chế tạo IC tương tự số có độ tích hợp cao « MOSFET + có kiểu -_ Enhancement MOSFET (được sử dụng nhiều) - Depletion MOSFET - Chung ta sé xem xét Enhancement MOSFET M6t tén khac cua MOSFET la IGFET (Insulated-gate FET) Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường Cấu trúc Oxide (SiO;) Soure region Source (S) Gate (G) Oxide (SiO2) (thickness = 1,,) Channel region ——+:— p-type substrate p-type substrate (Body) (Body) Channel region Drain region (a) Body (B) (b) N-channel enhancement-type MOSFET (goi tat n- MOSFET) Thường L = 0.1 dén 3um, W=0.2 dén 100 pum, tox = đến 50nm Transistor hiéu tng trường Nguyễn Quốc Cường Drain (D) « MOSFET co cuc - Cuc G (Gate) - Cuc D (Drain) - Cuc S (Source) „ _ Do lớp oxide chắn cực G nên dịng cực gate nhỏ (cỡ 10-15A) « „ MOSFET thiết bị đối xứng,có nghĩa cực D S thay đổi vai trị mà khơng làm thay đổi đặc tính MOSFET Khi khơng có điện phân cực cho G, D S coi diode mắc ngược > có điện áp S D khơng tạo dịng điện > điện trở lớn (cỡ 10120) Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường › Hình thành kênh dẫn n-MOS + Gate electrode Induced n-type channel Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường « Cực Body, D S nối đất « _ Cực G cung cấp điện áp dương: « « -_ -_ Các lỗ trống gần cực G bị đẩy xa Các e bán dẫn n+ từ S D bị kéo vào cực G -_ số e tập trung -_ nhiều điện tử tâp trung vùng cực G Nếu vẹs nhỏ: -_ chưa hình thành kênh dẫn Khi vạs tăng: -_ hình thành kênh dẫn n (n-MOSFET) -_ điện áp tạo hình thành kênh dẫn gọi điện áp ngưỡng V, (thường từ 0.5V đến 1.0V) - Độ sâu kênh dẫn tỉ lệ với điện áp điện cực G điện kênh dẫn Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường v Vung triode - vp, nho Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường ý « _ Thiết lập điện áp vọs nhỏ (cỡ 50mV): -_ + Các điện tử dịch chuyển từ S đến D -> tạo dòng i„ (chiều từ D đến S) Dong ip -_ phụ thuộc vào nồng độ điện tử tập trung kênh dẫn, đại lượng lại phụ thuộc vào vẹs -_ phụ thuộc vào vps „_ Thực tế vụs nhỏ, dòng i; tỉ lệ tuyến tính với (ves - Vị) vụs > coi điện trở (Rps) điều khiển điện áp vọs Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường ip (MA) 04 tgs = V, + 2V 03 ves = V, + 15V 02 ves =V,+1V 01 vos = V, + 0.5V ves < V; Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường L 50 L 100 L 150 /, 200 vps (mV) Hoạt động MOSFET vạs lớn «_ Giữ Vẹs = const ( > V,) va tang Ves + Dọc theo kênh dẫn từ S đến D,: + điện áp thay đổi từ đến vụs » điện áp so với cực G tăng từ Veg dén (Veg — Vps) > độ sâu kênh n-channel p-type substrate Transistor hiéu tng trường Nguyễn Quốc Cường dẫn có hình thang : nở rộng S thu nhỏ D v Dọc theo kênh dẫn từ S đến D,: -_ điện áp thay đổi từ đến vDS - điện áp so với cực G tăng từ vẹs đến (vGS - vDS) độ sâu kênh dẫn có hình thang : nở rộng S thu nhỏ D Nếu tiếp tục tăng vụs « dong dién i, tang * Vep Sẽ giảm kênh dẫn tiếp tục bị bóp nhỏ lại gần cực D > điện trở tăng lên theo Vps tăng đến giá trị mà tai D điện giảm đến vạp = Vị, > độ sau kênh dẫn D > điểm pinched-off Tai pinched-off: dòng điện không tăng vụs tiếp tục tăng Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường v ip-Vps e-NMOS vẹs > V, I- ts < ves — Vi Curve bends because the channel resistance ups = ves — Vi Sy increases with wps5 Current saturates because the channel is pinched off at the drain end, and vps no longer affects the channel Almost a straight line with slope proportional to (vgs — V,) tes > V, Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường Đpssu = Yas — Vr Ups Chế độ làm việc MOSFET _ Kênh dẫn hình thành vạs > Vị, - Khi vps < (Ves-V,) > dòng điện ip tỉ lệ thuận với vps vạs > vùng điện trở điều khiển (hay vùng triode) - Khi vs > (vas-V,) dịng điện khơng tăng vp„ tăng - vùng bão hòa ( Ups = — vas — V, esos Ups Source Channel Drain L Độ sâu kênh dẫn Veg = const, va Vpg tang Transistor hiéu ting trường Nguyễn Quốc Cường Ups = , Dịng điện ip «_ « Khi vs < Vị dịng ïp > (vùng cut-off) Khi vẹs > V,,, dòng điện i; tính theo cơng thức i, =k, TS 1,.W in = 5Kn (Ves —V,)Vps — ; v3 Me) ( vung triode ) ung (vùng bão hòa ) k„: tham số hỗ dẫn trình (phụ thuộc vào công nghệ sản xuất MOSFET) (đơn vị : A/V2) W: chiều rộng kênh dẫn L: chiều dài kênh dẫn WIL : tis6é hinh dang cla MOSFET (aspect ratio) (Với công nghệ năm 2003, L,,,, = 0.13m, W„„, = 0.16m, bề dày lớp oxide Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường MOSFET kênh P (PMOS) „ Chế tạo đế bán dẫn kiểu n, cực D S vùng «_ Thiết bị hoạt động giống NMOS, p+ „_ Vps có giá trị âm Điện áp ngưỡng V, có gía trị âm „ Dòng điện vào từ S D Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường ngoại trừ vạs , CMOS « _ Được sử dụng nhiều công nghệ chế tạo IC (cả tương tự số) Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường , Ký hiệu NMOS =—] | (a) c ._ Lo _ TL (b) op (c) | Ký hiệu NMOS Một kiểu ký hiệu khác cla NMOS Ký hiệu rút gọn trường hợp cực B (body) nối với S trường hợp hiệu ứng Body nhỏ bỏ qua Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường , Ký hiệu PMOS cop on = (a) oe ft n on § ọ on (b) a Ký hiệu PMOS b Một cách ký hiệu khác PMOS c Trong trường Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường oof hợp B nối với S , Đường cong đặc tính ip - Vps ip (mA) ig =0 in} + oa Gs “SE” == piss io ups es (a) Ups (V) ugs = V, (cutoff) Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường mơ hình tín hiệu lớn NMOS vùng bão hòa ig =0 — ip

Ngày đăng: 05/03/2013, 17:10

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan