Bài giảng Vật lý bán dẫn: Chương 6 - Hồ Trung Mỹ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý bán dẫn - Chương 6: Mosfet, cung cấp cho người học những kiến thức như Giới thiệu; Khảo sát định tính hoạt động của MOSFET; Tụ điện MOS; Hoạt động của MOSFET; Một số đặc tính không lý tưởng; Mạch tương đương tín hiệu nhỏ; Giới thiệu 1 số ứng dụng của MOSFET. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý bán dẫn: Chương 6 - Hồ Trung Mỹ

ĐHBK Tp HCM-Khoa Đ-ĐT - BMĐT Slides: Hồ Trung Mỹ Instructor: Nguyễn Trung Hiếu Chương 6 MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 1
Transistors (Transfer Resistor) Transistors Bipolar transistors Field Effect Transistors NPN,PNP Junction-FETs (JFETS) Insulated Gate FET’s N-channel, P-channel MOSFETs Enhancement, Depletion N-channel, P-channel
MOSFET • Giới thiệu • Khảo sát định tính hoạt động của MOSFET • Tụ điện MOS • Hoạt động của MOSFET • Một số đặc tính không lý tưởng • Mạch tương đương tín hiệu nhỏ • Giới thiệu 1 số ứng dụng của MOSFET 3
MOSFET – Giới thiệu Giới thiệu • Trên 99% các IC được chế tạo bằng MOSFET, thí dụ như: bộ nhớ ROM, RAM, vi xử lý, ASIC và nhiều IC chức năng khác. • Vào năm 2000, 106 MOSFET/người/năm được chế tạo. • MOSFET có thành phần cơ bản là kim loại (M=Metal), lớp cách điện SiO2 (O=Oxide), và bán dẫn (S=semiconductor) • Các tên gọi khác của MOSFET là MISFET (Metal-Insulator- Semiconductor), IGFET (Insulated Gate FET). • Nguyên tắc hoạt động của FET là dòng hạt dẫn từ nguồn điện máng được điều khiển bằng điện áp cổng hay điện trường cổng. Điện trường này làm cảm ứng điện tích trong bán dẫn ở giao tiếp bán dẫn-oxide. 4
Cấu trúc của MOSFET (loại giàu) Si • Kênh n: dòng hạt chính là • Kênh p: dòng hạt chính là dòng electron. dòng lỗ. • Gọi tắt là N-EMOS • Gọi tắt là P-EMOS (MOSFET loại giàu kênh N) (MOSFET loại giàu kênh P) 5
Các ký hiệu của MOSFET P-EMOS N-EMOS N-DMOS P-DMOS 6
Terminals of a MOSFET 1. Source terminal VS : supplies charge carriers. 2. Drain terminal VD : sinks charge carriers. 3. Gate terminal VG : controls the conduction between the source and the drain. 4. Bulk (or body, or substrate) terminal VB. Voltage (gate) controlled current (between the source and the drain) switch 7
MOSFET – CHẾ TẠO 8
MOSFET Basic Operation 9
MOSFET • Giới thiệu • Tụ điện MOS • Khảo sát định tính hoạt động của MOSFET • Hoạt động của MOSFET • Một số đặc tính không lý tưởng • Mạch tương đương tín hiệu nhỏ • Giới thiệu 1 số ứng dụng của MOSFET 10
Công thoát (Work Function) • Ái lực điện tử (Electron Affinity) & Công thoát (Work Function) là các số đo của vật liệu cho biết cần bao nhiêu năng lượng để điện tử đến được chân không (EVAC) Ái lực điện tử: năng lượng cần chuyển điện tử từ EC vào chân không q   EVAC  EC Công thoát: năng lượng cần chuyển điện tử từ mức Fermi vào chân không q S  q  EC  E F  • Công thoát của các vật liệu khác nhau: EVAC Công thoát của một số vật liệu Hình 7.4 11
Quy ước về điện áp • Xét 2 vật liệu 1 và 2 như hình minh họa ở hình 7.5 với các công thoát (work function) φ1 và φ2 tạo nên 1 chuyển tiếp (junction). • Ta luôn luôn tham chiếu các điện áp so với vật liệu 2. • Điện áp nội (built-in volatge) của cấu trúc này là chênh lệch 2 thế tạo nên công thoát: Vbi = −(φ1 − φ2) Điện áp cần đưa vào để là phẳng lại các dải năng lượng (flat bands) trong chuyển tiếp là Vfb = −Vbi. 12
Hình 7.5 a) Giản đồ năng lượng trước khi tạo thành tiếp xúc: qj 2 qj 1 EF2 q(j1-j2) EF1 b) Giản đồ năng lượng sau khi tạo thành tiếp xúc: -qVbi EF EVAC = mức năng lượng chân không 13
Quy ước về điện áp Xét một tụ MOS trên hình 7.6 • Hình 7.6a: cấu trúc tụ MOS. • Hình 7.6b: giản đồ năng lượng của từng vật liệu khi để độc lập. • Hình 7.6c: giản đồ năng lượng của dụng cụ với phân cực zero trên cấu trúc MOS và V = Vfb được đưa vào vật liệu 1 so với vật liệu 2. Theo quy ước của chúng ta thì Vbi = −(φm − φs) = −φms Trong ví dụ: φms < 0 => Vbi > 0. Từ đó Vfb = −Vbi ta có Vfb = φms < 0. 14
Hình 7.6 (1/2) (a) Sơ đồ của tụ điện MOS. (b) Giản đồ năng lượng của kim loại được cách ly, oxide, và bán dẫn. Trên hình cho thấy công thoát kim loại, công thoát bán dẫn và ái lực điện tử (electron affinity) 15
Hình 7.6 (2/2) Vbi = −(φm − φs) = −φms Vfb = −Vbi = φms (c) Giản đồ năng lượng của cấu trúc MOS trong điều kiện cân bằng và trong dải phẳng (flatband) 16
Điện áp dải phẳng Vfb Hình 7.7 Điệp áp dải phẳng (Flatband Voltage) Là điện áp được đưa vào ở cổng để làm phẳng dải năng lượng trong bán dẫn 17
Hình 7.8: Hiệu số công thoát Kim loại-bán dẫn của 1 số vật liệu cổng quan trọng dùng trong dụng cụ MOS. Chú ý dấu của φms với 3 kiểu cổng khác nhau cho NMOS và PMOS. 18
Các chế độ phân cực cho tụ MOS Có 3 chế độ phân cực quan trọng cho tụ MOS: 1. Tích lũy lỗ (Hole Accumulation): khi phân cực âm giữa kim loại và bán dẫn 2. Nghèo (Depletion): khi phân cực dương giữa kim loại và bán dẫn 3. Đảo ngược (Inversion): khi phân cực dương giá trị đủ lớn giữa kim loại và bán dẫn 19
Tích lũy lỗ (Hole Accumulation) qVG Hình 7.9 Nếu phân cực âm được đưa vào giữa kim loại và bán dẫn, các dãi hóa trị sẽ bị uốn cong gần với mức Fermi hơn, gây ra sự tích lũy các lỗ ở giao tiếp. Hiệu số giữa mức Fermi trong kim loại và bán dẫn là phân cực được áp đặt. 20