intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Bài 5 - Lưu Đức Trung

Chia sẻ: Bạch Khinh Dạ Lưu | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:102

Thêm vào BST
Báo xấu
28
lượt xem 5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Bài 5 - Lưu Đức Trung cung cấp cho học viên các kiến thức về transistor trường, đặc điểm của tụ MOS, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET), Junction Field Effect Transistor (JFET), cấu trúc tụ MOS trên silic kiểu p,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Bài 5 - Lưu Đức Trung

  1. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG 5.1 Đặc điểm của tụ MOS 5.2 MOSFET 5.3 JFET  BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1
  2. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG (CHƯƠNG 4 TRONG GIÁO TRÌNH) FET đã trở  thành thiết bị  chủ  đạo trong các mạch tích hợp  hiện đại và có mặt trong đại đa số các mạch bán dẫn ngày  nay. Khả  năng thu nhỏ  kích thước đáng kinh ngạc của FET đã  tạo ra sức mạnh tính toán nằm trong bàn tay mà những năm  trước không thể tưởng tượng ra. Các tranzitor bán dẫn ôxít kim loại đầu tiên hay là MOSFET  đã được sản xuất vào cuối những năm 1950, nhưng phải  mất gần một thập kỷ  để  phát triển các quá trình sản xuất  mang tính thương mại tin cậy cho các thiết bị MOS. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 2
  3. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Do có nhiều hạn chế    trong sản xuất, MOSFET có vùng  dẫn kiểu p, hay các thiết bị  PMOS, là thiết bị  thương mại  đầu tiên  ở  dạng IC, và các bộ  vi xử  lý đầu tiên được xây  dựng dùng PMOS. Tới những năm cuối 1960, trình độ công nghệ sản xuất mới  được nâng cao đến mức mà các thiết bị  vùng dẫn kiểu  n,  hay các tranzitor NMOS, có thể sản xuất với số lượng lớn,  và NMOS nhanh chóng thay thế  công nghệ  PMOS do tạo  được hiệu suất hoạt động của mạch cao hơn. Cho tới giữa những năm 80, công suất tiêu hao trở  nên tới  hạn, và các đặc tính công suất thấp của các thiết bị bù MOS  BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 3
  4. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG hay CMOS đã tạo thay đổi nhanh chóng về  công nghệ  này  cho dù nó là quá trình phức tạp và tốn kém hơn. Công nghệ CMOS ngày nay, nó dùng cả hai tranzitor NMOS  và PMOS, là công nghệ chính trong ngành công nghiệp điện  tử. Tranzitor   hiệu   ứng   trường  hay   ngắn   gọn   là  tranzitor  trường (FET – Field Effect Transistor). Tranzitor oxit kim loại bán dẫn hiệu ứng trường (MOSFET  – Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) là thiết  bị trạng thái rắn thành công nhất về mặt thương mại. Nó là thành phần chính trong các chíp VLSI mật độ cao, bao  gồm các bộ vi xử lý và bộ nhớ. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 4
  5. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Loại thứ  hai của FET,  tranzitor trường có cực cửa tiếp  giáp  (JFET – Junction Field Effect Transistor), lại dựa trên  cấu trúc  lớp tiếp xúc  pn  và có  ứng dụng cụ  thể  cho các  thiết kế mạch tương tự và RF. Các tranzitor MOS kênh  p  (PMOS –  P  channel MOS) là  các thiết bị  MOS đầu tiên sản xuất thành công  ở  dạng các  mạch tích hợp quy mô lớn (LSI – Large Scale Integrated). 5.1 Đặc điểm của tụ MOS Kiến thức về hoạt động định tính của tụ  MOS là nền tảng  để hiểu về hoạt động của MOSFET. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 5
  6. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Trung tâm của MOSFET là  cấu trúc tụ  MOS  như  được  minh hoạ trong hình 5.1.1. Tụ  MOS được dùng để  tích điện cảm  ứng  ở  bề  mặt giữa  lớp bán dẫn và lớp ôxít. Cực trên của tụ  MOS được tạo bởi vật liệu điện trở  nhỏ,  thường là nhôm hoặc polysilic (silic đa tinh thể) pha nhiều  tạp chất. Cực này được gọi là cực cửa (G – Gate). Một lớp bọc mỏng, thường là ôxít silic, tách cực cửa với  nền hay thân – vùng chất bán dẫn hoạt động như là cực thứ  hai của tụ. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 6
  7. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Ôxít silic là lớp cách điện ổn định, chất lượng cao được tạo  bởi quá trình ôxi hoá nhiệt của chất nền silic. Vùng bán dẫn có thể là kiểu n hoặc p, như được minh hoạ  trên hình 5.1.1. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 7
  8. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Hình 5.1.1 Cấu trúc tụ MOS trên silic kiểu p. Chất bán dẫn tạo thành cực dưới của tụ  có điện trở  đáng  kể và nguồn hạn chế các lỗ trống và electron. Do chất bán dẫn có thể bị cạn (hết) các hạt mang điện tích,  nên điện dung của cấu trúc này là một hàm phi tuyến của  điện áp. Hình 5.1.2 là các điều kiện trong vùng của chất nền ngay  dưới cực cửa với ba điều kiện phân cực khác nhau:  tích  luỹ, cạn kiệt và đảo. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 8
  9. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 9
  10. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Hình 5.1.2 Tụ MOS hoạt động trong điều kiện a) tích lũy, b)  cạn kiệt và c) đảo. Tham số VTN trong hình được gọi là điện  áp ngưỡng và biểu diễn điện áp cần bắt đầu tạo lớp đảo. Hình 5.1.3 minh hoạ  sự  biến đổi điện dung của cấu trúc  NMOS theo điện áp cực cửa. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 10
  11. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Hình 5.1.3 a) Đặc tuyến tụ  điện tần số  thấp ­ điện áp  (C­V) của tụ MOS ở chất nền kiểu p. b) Mô hình điện dung  nối tiếp cho đặc tuyến C­V. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 11
  12. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG 5.2 MOSFET 5.2.1 NMOS MOSFET được tạo bởi thêm hai lần khuếch tán nhiều tạp  chất kiểu  n  (n+) vào phần cắt ngang (phần thân) của hình  5.1.1, kết quả là cấu trúc trong hình 5.2.1. Sự khuếch tán tạo nguồn cung electron mà chúng có thể sẵn  sàng dịch chuyển  đến cực cửa cũng như  các cực có thể  được  dùng  để  cung cấp  điện  áp và tạo dòng  điện trong  tranzitor. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 12
  13. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Hình 5.2.1 thể  hiện  ảnh hai chiều, tiết diện ngang và ký  hiệu mạch của một MOSFET kênh n, thường được gọi là  tranzitor NMOS, hay NMOSFET. Vùng trung tâm của MOSFET là tụ  MOS như  được mô tả  trong phần 5.1, và cực trên của tụ điện được gọi là cực cửa  của MOSFET. Các vùng pha nhiều tạp chất kiểu n (các vùng n+), được gọi  là cực nguồn (S – Source) và cực máng (D – Drain), được  tạo trong chất nền (đế) kiểu p thẳng hàng với biên của cực  cửa. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 13
  14. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Cực nguồn và máng tạo nguồn cung cấp các hạt mang điện  làm cho lớp đảo ngược có thể  nhanh chóng tạo được để  đáp ứng được điện áp cực cửa. Chất nền (đế) của tranzitor NMOS biểu diễn một cực thiết   bị thứ tư và còn được đề cập đồng nghĩa là cực chất nền,  hay cực thân (đế) (B – Body terminal). Các điện áp cực và các dòng điện cho thiết bị  NMOS cũng  được xác định trong hình 5.2.1b. Dòng điện máng iD, dòng điện nguồn iS, dòng điện cửa iG, và  dòng điện thân  iB  đều được định nghĩa, với hướng dương  của mỗi dòng điện đã được chỉ ra cho tranzitor NMOS. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 14
  15. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Các điện áp cực quan trọng là điện áp cửa ­ nguồn vGS = vG  –  vS, điện áp máng ­ nguồn  vDS  =  vD  –  vS, điện áp nguồn ­  thân vSB = vS – vB. Các điện áp này đều là dương trong quá trình hoạt động  bình thường của NMOSFET. Chú ý rằng các vùng nguồn và máng tạo thành các lớp tiếp  xúc pn với chất nền (đế). Hai lớp tiếp xúc được giữ ở phân cực ngược trong toàn thời  gian để  tách giữa các lớp tiếp xúc và chất nền cũng như  giữa các tranzitor MOS tiếp giáp nhau. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 15
  16. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Do vậy điện áp thân phải nhỏ  hơn hoặc bằng các điện áp  đặt trên các cực nguồn và máng để  đảm bảo các lớp tiếp  xúc này được phân cực ngược. Vùng bán dẫn giữa các vùng nguồn và máng ngay dưới cực  cửa được gọi là kênh của FET, kích thước hai chiều quan  trọng được định nghĩa trong hình 5.2.1, L là chiều dài kênh,  nó được đo bằng hướng của dòng điện trong kênh. W là độ  rộng kênh, nó được đo theo hướng vuông góc với hướng  của dòng điện. Việc lựa chọn các giá trị  W  và  L  là một mặt quan trọng  trong công việc của người thiết kế IC số và tương tự. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 16
  17. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 17
  18. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Hình 5.2.1 (a) Cấu trúc tranzitor NMOS  (b) Mặt cắt  ngang, và (c) Ký hiệu mạch Hoạt động i­v định tính của tranzitor NMOS Trước khi tạo một biểu thức cho đặc tính dòng – áp của  tranzitor NMOS, chúng ta phải hiểu  định tính cho cái mà  chúng ta chờ đợi trong hình 5.2.2. Trong   hình   này,   các   cực   nguồn,   máng   và   thân   của  NMOSFET đều được nối đất. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 18
  19. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Với điện áp cửa ­ nguồn một chiều,  vGS  =  VGS, thấp hơn  nhiều điện áp ngưỡng VTN, như  trong hình 5.2.2, sẽ  có các  lớp tiếp xúc pn dựa lưng giữa cực nguồn và máng, và chỉ có  dòng điện dò nhỏ giữa hai cực này. Với  VGS  gần nhưng vẫn nhỏ  hơn ngưỡng, một vùng cạn  kiệt được tạo dưới cực cửa và hợp với các vùng cạn kiệt  của  cực  nguồn và máng, như   được  minh hoạ  trong hình  5.2.2b. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 19
  20. BÀI 5 TRANSISTOR TRƯỜNG Vùng cạn kiệt không có các hạt mang điện tự  do, do vậy  dòng điện vẫn chưa có giữa cực nguồn và máng. Tuy nhiên, cuối cùng khi điện áp cửa – kênh vượt quá điện  áp ngưỡng VTN, như  trong hình 5.2.2c, các electron sẽ  chảy  vào từ cực nguồn và máng để tạo thành một lớp đảo ngược  nối vùng nguồn n+ với máng n+. Sẽ có một đường nối có điện trở, kênh, giữa các cực nguồn  và máng. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2418 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
6=>0