Transistor hiệu ứng trường MOSFET

Chia sẻ: Tongviet Quyet | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

470
lượt xem 108
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

MOSFET: Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor • MOSFET được sử dụng nhiều trong công nghệ chế tạo IC – Kích thước nhỏ – Công suất tổn hao thấp – Giá thành thấp • Chế tạo IC tương tự và số có độ tích hợp cao • MOSFET có 2 kiểu – Enhancement MOSFET (được sử dụng nhiều) – Depletion MOSFET – Chúng ta sẽ xem xét Enhancement MOSFET • Một tên khác của MOSFET là IGFET (Insulated-gate FET)...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: 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 được sử dụng nhiều trong công nghệ chế tạo IC • Kích thước nhỏ – Công suất tổn hao thấp – Giá thành thấp – Chế tạo IC tương tự và số có độ tích hợp cao • MOSFET có 2 kiểu • Enhancement MOSFET (được sử dụng nhiều) – Depletion MOSFET – Chúng ta sẽ xem xét Enhancement MOSFET – Một tên khác của MOSFET là IGFET (Insulated-gate FET) • Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Cấu trúc N-channel enhancement-type MOSFET (gọi tắt n-MOSFET) Thường L = 0.1 đến 3µm, W=0.2 đến 100 µm, tOX = 2 đến 50nm Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
MOSFET có 3 cực • Cực G (Gate) – Cực D (Drain) – Cực S (Source) – Do lớp oxide chắn giữa cực G nên dòng cực gate là rất nhỏ • (cỡ 10-15A) MOSFET là thiết bị đối xứng,có nghĩa là cực D và S có thể • thay đổi vai trò của nhau mà không làm thay đổi đặc tính của MOSFET Khi không có điện thế phân cực cho G, thì giữa D và S coi • như 2 diode mắc ngược nhau nếu có điện áp giữa S và D thì sẽ không tạo ra dòng điện điện trở lớn (cỡ 1012Ω) Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Hình thành kênh dẫn trong n-MOS Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Cực Body, D và S nối đất • Cực G được cung cấp một điện áp dương: • Các lỗ trống gần cực G sẽ bị đẩy ra xa – Các e của bán dẫn n+ từ S và D sẽ bị kéo vào cực G – Nếu vGS nhỏ: • số e tập trung ít – chưa hình thành kênh dẫn – Khi vGS tăng: • nhiều điện tử được tâp trung trong vùng dưới cực G – hình thành kênh dẫn n (n-MOSFET) – điện áp tạo đó hình thành kênh dẫn được gọi là điện áp – ngưỡng Vt (thường từ 0.5V đến 1.0V) Độ sâu của kênh dẫn tỉ lệ với điện áp giữa điện thế cực G và – điện thế của kênh dẫn Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Vùng triode – vDS nhỏ Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Thiết lập điện áp vDS nhỏ (cỡ 50mV): • Các điện tử dịch chuyển từ S đến D -> tạo ra dòng iD (chiều từ – D đến S) Dòng iD • phụ thuộc vào nồng độ điện tử tập trung trong kênh dẫn, đại – lượng này lại phụ thuộc vào vGS phụ thuộc vào vDS – Thực tế khi vDS nhỏ, dòng iD tỉ lệ tuyến tính với (vGS – Vt) • cũng như vDS --> được coi như là điện trở (RDS) được điều khiển bằng điện áp vGS Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Đặc tính iD-vDS khi vDS nhỏ Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Hoạt động của MOSFET khi vDS lớn Giữ VGS = const ( > Vt) và tăng vGS • Dọc theo kênh dẫn từ S đến D,: • điện áp thay đổi từ 0 đến vDS • điện áp so với cực G tăng từ vGS đến (vGS – vDS) độ sâu của kênh dẫn sẽ có hình thang : nở rộng tại S và thu nhỏ tại D Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Dọc theo kênh dẫn từ S đến D,: • điện áp thay đổi từ 0 đến vDS – điện áp so với cực G tăng từ vGS đến (vGS – vDS) – độ sâu của kênh dẫn sẽ có hình thang : nở rộng tại S và thu nhỏ tại D Nếu tiếp tục tăng vDS • dòng điện iD tăng • vGD sẽ giảm kênh dẫn sẽ tiếp tục bị bóp nhỏ lại ở gần cực D • điện trở tăng lên theo vDS tăng đến giá trị mà tại D điện thế giảm đến vGD = Vt • độ sau kênh dẫn bằng D sẽ bằng 0 điểm pinched-off Tại pinched-off: dòng điện hầu như không tăng khi vDS tiếp • tục tăng Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
iD-vDS của e-NMOS khi vGS > Vt Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Chế độ làm việc của MOSFET Kênh dẫn chỉ hình thành khi vGS > Vt: • Khi vDS < (vGS-Vt) dòng điện iD tỉ lệ thuận với vDS và vGS – vùng điện trở điều khiển (hay vùng triode) Khi vDS ≥ (vGS-Vt) dòng điện không tăng khi vDS tăng vùng – bão hòa Độ sâu của kênh dẫn khi vGS = const, và vDS tăng Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Dòng điện iD Khi vGS < Vt dòng iD ≅ 0 (vùng cut-off) • Khi vGS > Vt , dòng điện iD được tính theo công thức • W⎡ 1 2⎤ ( vGS − Vt ) vDS − vDS ⎥ ' iD = kn ( vùng triode ) L⎢ 2 ⎣ ⎦ 1 'W ( vùng bão hòa ) ( vGS − Vt ) 2 iD = kn 2 L k’n : tham số hỗ dẫn quá trình (phụ thuộc vào công nghệ sản xuất MOSFET) (đơn vị : A/V2) W: chiều rộng kênh dẫn L: chiều dài kênh dẫn W/L : tỉ số hình dạng của MOSFET (aspect ratio) (Với công nghệ của năm 2003, Lmin = 0.13µm, Wmin = 0.16µm, bề dày lớp oxide có thể đạt 2nm) Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
MOSFET kênh P (PMOS) Chế tạo trên một đế bán dẫn kiểu n, cực D và S là các vùng • p+ Thiết bị hoạt động giống như NMOS, ngoại trừ rằng vGS và • vDS có giá trị âm Điện áp ngưỡng Vt cũng có gía trị âm • Dòng điện vào từ S ra ở D • Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
CMOS Được sử dụng nhiều trong công nghệ chế tạo IC (cả tương • tự và số) Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Ký hiệu NMOS Ký hiệu NMOS a. Một kiểu ký hiệu khác của NMOS b. Ký hiệu rút gọn trong trường hợp cực B (body) được nối với S c. hoặc trong trường hợp hiệu ứng của Body là nhỏ có thể bỏ qua Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Ký hiệu PMOS Ký hiệu PMOS a. Một cách ký hiệu khác của PMOS b. Trong trường hợp B nối với S c. Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
Đường cong đặc tính iD - vDS Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường
mô hình tín hiệu lớn của NMOS trong vùng bão hòa Transistor hiệu ứng trường Nguyễn Quốc Cường