КСНУМКС. Метал-оксид Семицондуцтор ФЕТ (МОСФЕТ)
СТРУЈА - 2. Метал-оксидни полупроводник ФЕТ (МОСФЕТ)
ПРЕВИОУС- КСНУМКС. Предности и недостаци ФЕТ-а
Метал-оксид Семицондуцтор ФЕТ (МОСФЕТ)
Метални оксидни полуводич ФЕТ (МОСФЕТ) је четворо терминални уређај. Терминали су извор (С), капија (Г) одвод (Д). супстрат or тело формира четврти терминал. МОСФЕТ је конструисан тако да је терминал терминала изолован од канала са диелектриком од силицијум диоксида. МОСФЕТ-ови могу бити оба трошење or мод побољшања. Ускоро ћемо дефинисати ова два појма.
Слика КСНУМКС - Н-канал деплетион МОСФЕТ
МОСФЕТ-ови се понекад називају ИГФЕТ-и (изолирани транзистори са ефектом поља) због СиО2 слој који се користи као изолатор између капије и подлоге. Своју анализу започињемо са МОСФЕТ-ом у начину исцрпљивања. Баш као и БЈТс нпн or ПНП, МОСФЕТ-ови могу бити n-канал (НМОС) или p-канал (ПМОС). Слика КСНУМКС илуструје физичку структуру и симбол за n-Канал осиромашен МОСФЕТ. Обратите пажњу да је подлога повезана са терминалом извора. То ће скоро увек бити случај.
МОСФЕТ за осиромашење је конструисан са физички између канала и извора. Као резултат, када напон, vDS, примењује се између одвода и извора, струје, iD, постоји између одвода и извора, иако терминал Г остаје неповезан (vGS = КСНУМКС В).
Изградња n-Канал осиромашен МОСФЕТ почиње са p-допирани силициј. Тхе n-додирани извор и бунари за дренажу формирају везе ниског отпора између крајева n-канал, као што је приказано на слици КСНУМКС. Наноси се танак слој силицијум диоксида који покрива подручје између извора и одвода. Тхе СиО2 је изолатор. Алуминијумски слој се наноси на изолатор од силицијум диоксида да би се формирао терминал за врата. У раду, негативан vGS избацује електроне из региона канала, чиме се исцрпљује канал. Када vGS достигне одређени напон, VT, канал је стегнут. Позитивне вредности vGS повећати величину канала, што резултира повећањем струје одвода. МОСФЕТ може да ради са позитивним или негативним вредностима vGS. Пошто је капија изолована од канала, струја капије је занемариво мала (по реду КСНУМКС-КСНУМКС А).
Слика КСНУМКС - п-канал деплетион МОСФЕТ
Слика КСНУМКС је успоредива са сликом КСНУМКС, осим што смо промијенили n-Канал осиромашен МОСФЕТ на а p-Канал осиромашен МОСФЕТ.
nМОСФЕТ је приказан на слици КСНУМКС заједно са симболом круга. Ово је најчешће коришћен облик транзистора са ефектом поља.
Слика КСНУМКС - МОСФЕТ побољшање н-канала
nМОСФЕТ се разликује од МОСФЕТ-а тако што нема танак n-слој. За успостављање канала је потребан позитиван напон између капије и извора. Овај канал се формира дејством позитивног напона од врата до извора, vGS, који привлачи електроне из подручја супстрата између n-извучени одвод и извор. Позитивно vGS узрокује накупљање електрона на површини испод слоја оксида. Када напон достигне праг, VTдовољан број електрона привучен је овим подручјем да би се понашао као проводник n-канал. Нема значајне струје одвода, iD постоји до vGS премашује VT.
Слика КСНУМКС је успоредива са сликом КСНУМКС, осим што смо промијенили n-канално побољшање МОСФЕТ на а pМОСФЕТ.
Слика КСНУМКС - побољшање п-канала МОСФЕТ
Као резиме, породица МОСФЕТ показује идентификацију iD против vGS криве приказане на слици КСНУМКС. Свака карактеристична кривуља је развијена са довољним напоном дренажног извора vDS за одржавање уређаја у нормалном радном подручју iD против vDS Криве. Дискусија у каснијим одељцима дефинисаће напон прага VT и за побољшање МОСФЕТ-ова и за осиромашење МОСФЕТ-ова.
Слика 5 - iD против vGS карактеристике МОСФЕТ породице за довољан напон извора одвода VDS
МОСФЕТ терминалне карактеристике КСНУМКС Енханцемент-Моде
Сада када смо представили основну структуру и основу за рад МОСФЕТ-а, користимо приступ како бисмо испитали понашање терминала уређаја у режиму побољшања. Хајде да прво направимо нека општа запажања са слике 1. Замислите да је нормалан проток струје у МОСФЕТ-у од одвода до извора (баш као у БЈТ, он је између колектора и емитора). Као и код нпн БЈТ, два бацк-то-бацк диода постоје између одвода и извора. Због тога морамо применити спољне напоне на капију како бисмо омогућили проток струје између одвода и извора.
Ако уземљимо извор и применимо позитиван напон на капију, тај напон је ефективни напон од врата до извора. Позитивни напон врата привлачи електроне и одбија рупе. Када напон премаши праг (VT), довољно електрона је привучено да формира проводни канал између одвода и извора. У овом тренутку, транзистор се укључује и струја је функција оба vGS vDS. Требало би да буде јасно VT је позитиван број за n-канални уређај и негативан број за а p-канални уређај.
Када је канал креиран (тј. vGS >VT), струја се може појавити у том каналу између одвода и извора. Ова струја зависи од тога vDS, али такође зависи од тога vGS. Када vGS једва да превазилази напон прага, веома мали проток може да тече. Као vGS повећава се изнад прага, канал садржи више носилаца и могуће су веће струје. Слика КСНУМКС показује однос између iD vDS где vGS је параметар. Обратите пажњу на то за vGS мање од прага, нема текућих токова. За више vGS, однос између iD vDS је приближно линеарно указује да МОСФЕТ понаша као отпорник чија отпорност овиси vGS.
Слика КСНУМКС -iD против vDS за мод побољшања n-канал МОСФЕТ када vDS мала
Кривуље слике КСНУМКС изгледају као равне линије. Међутим, неће наставити као равне линије када vDS постаје већи. Сјетите се да се за стварање канала проводника користи позитиван напон на вратима. То чини тако што привлачи електроне. Позитиван напон одвода ради исту ствар. Како се приближавамо крају одвода канала, напон ствара канал vGS-vDS пошто се два извора супротстављају једни другима. Када је та разлика мања од VT, канал више не постоји за цијели простор између извора и одвода. Канал је ограничен на крају одвода, и даље повећава у vDS не доводе до повећања iD. Ово је познато као нормалан оперативни регион или засићење регион приказан на слици КСНУМКС по хоризонталном делу карактеристичних кривих. Када је разлика већа од VT, ми то зовемо триоде моду, јер потенцијали на сва три терминала снажно утичу на струју.
Претходна дискусија води до оперативних кривих на слици КСНУМКС.
Слика КСНУМКС -iD против vGS за МОСФЕТ мод побољшања
Прелаз између триоде и нормалног оперативног региона (који се назива регион засићења и често идентификован као рад у режиму искључивања) операције је приказан као испрекидана линија на слици КСНУМКС, где
(1)
На граници триоде регије, колена кривина приближно прате однос,
(2)
У једначини (КСНУМКС), К је константа за дати уређај. Његова вредност зависи од димензија уређаја и материјала који се користе у његовој конструкцији. Константа је дата од,
(3)
У овој једначини, μn мобилност електрона; Cокидекапацитивност оксида, је капацитет по јединици површине капије; W је ширина капије; L је дужина капије. Једначина указује на компликован и нелинеаран однос између iD и два напона, vDS vGS. Будући да бисмо жељели одвод струје варирати приближно линеарно с vGS (независан од vDS), ФЕТ се генерално не користи у триодном региону.
Сада желимо да нађемо једначину за радне криве у области засићења. Вредности на транзицији између триода и области засићења можемо утврдити проценом једначине (КСНУМКС) на прелазу (колено). То је,
(4)
Ова једначина успоставља величину струје одвода на граници (испрекидана линија на слици КСНУМКС) као функцију напона од врата до извора vGS. Ако је потребно, можемо објаснити благи нагиб карактеристичних кривуља у подручју засићења додавањем линеарног фактора.
(5)
У једначини (КСНУМКС), λ је мала константа (нагиб хоризонталне секције карактеристичних крива приказаних на слици КСНУМКС). Обично је мањи од КСНУМКС (В-1). Онда
(6)
Сва наша претходна дискусија односила се на НМОС транзистор. Сада ћемо укратко размотрити неопходне модификације за ПМОС. За ПМОС, вредности vDS ће бити негативна. Поред тога, да бисте креирали канал у ПМОС-у, 
.
Слика КСНУМКС - Карактеристике терминала МОСФЕТ транзистора
Једина промена у односу на карактеристике НМОС транзистора (слика КСНУМКС) је да је хоризонтална оса сада -вDS уместо + вДС, и параметарске кривуље представљају већу одводну струју како се напон капије смањује (уместо да се повећа за НМОС транзистор). Кривуље за повећање струјних вредности одговарају већем негативном напону врата. Када vGS > VT, транзистор је искључен. За побољшање ПМОС, VT је негативан, а за исцрпљење ПМОС, VT је позитиван.
Једнаџба за струју у транзицији триоде регије за ПМОС транзистор је идентична оној за НМОС. То је,
(7)
Имајте на уму да vGS vDS оба су негативне количине. Једнаџба за подручје засићења у ПМОС транзистору је такође идентична оној за НМОС. То је,
(8)
Имајте на уму да λ је негативан за ПМОС транзисторе од брзине промене криве (
) је негативан.
Узимајући парцијални дериват обе стране једначине (КСНУМКС) у односу на vGS, 
, добијамо
(9)
Ми више волимо вредност gm да буде константан, посебно за велике промене сигнала. Међутим, ово стање можемо само приближити ако користимо ФЕТ за мале сигналне апликације. За велике услове сигнала, изобличење таласног облика може бити неприхватљиво у неким апликацијама.
КСНУМКС Деплетион-Моде МОСФЕТ
Претходни одељак се бавио МОСФЕТ-ом за побољшање. Ми сада контрастирамо са МОСФЕТ-ом у начину осиромашења. За n-каналски мод побољшања, да би стекао канал морали смо да применимо позитиван напон на капији. Овај напон је морао бити довољно велик да примора довољан број покретних електрона да произведе струју у индукованом каналу.
Слика КСНУМКС - Начин исцрпљивања н-канала МОСФЕТ
У n-МОСФЕТ у режиму исцрпљивања канала, није нам потребан овај позитивни напон јер имамо физички уграђен канал. То нам омогућава да имамо струју између одводне и изворне стезаљке чак и са негативним напонима примењеним на капију. Наравно, постоји ограничење количине негативног напона који се може применити на капију, а да притом и даље постоји проток струје између одвода и извора. Ова граница је поново идентификована као праг напона, VT. Промена у режиму побољшања је у томе што напон од улаза до извора сада може бити или негативан или позитиван, као што је приказано на слици 9.
Једнаџбе које дефинирају рад МОСФЕТ-а у режиму осиромашења су врло сличне онима у моду побољшања. Вредност струје одвода када vGS је нула идентификована као IДСС. Ово се често назива и струја засићења извора одводаИли одводна струја нулте капије. Поредећи једначине МОСФЕТ мода за побољшање са онима у моду за деплецију, налазимо
(10)
Онда налазимо,
(11)
Начин исцрпљивања МОСФЕТ-ови су доступни у дискретном облику, или се могу произвести на чиповима са интегрисаним колима, заједно са типовима модова побољшања. Ово укључује и једно и друго p-типе анд n-тип. Ово омогућава већу флексибилност у техникама дизајна кола.
2.3 Склоп еквивалентног великог сигнала
Сада желимо да развијемо еквивалентни склоп који представља карактеристике великог сигнала на слици КСНУМКС [Екуатион (КСНУМКС) или (КСНУМКС)] у области засићења. Обратите пажњу да струја одвода, iD, зависи од vGS vDS. За константан напон од извора до извора радимо дуж једне од параметарских кривих на слици, а однос је приближно равна линија. Праволинијски однос између струје и напона моделира се отпорником. Еквивалентно коло се стога састоји од отпорника паралелно са извором струје где вредност извора струје утврђује део одводне струје услед vGS. Нагиб кривине зависи од vGS. Нагиб је парцијални дериват,
(12)
где r0 је инкрементални излазни отпор. Из једначине [(КСНУМКС) или (КСНУМКС) видимо да је овај отпор дат
(13)
где користимо горњи случај VGS да означи да је отпор дефинисан за одређену константну вредност напона од врата до извора. Финална апроксимација у једначини (КСНУМКС) резултат је једначине (КСНУМКС) уз претпоставку да λ мала. Отпор је, дакле, обрнуто пропорционалан струји преднапона, ID. Модел еквивалента великог сигнала се онда даје на слици КСНУМКС где r0 је развијен у једначини (КСНУМКС).
Слика КСНУМКС - Склоп еквивалента великог сигнала
2.4 Мали сигнални модел МОСФЕТ-а
Сада желимо да погледамо инкременталне ефекте повезане са једначином. Три параметра круга у тој једначини, iD, vGS vDS се састоје од обоје dc (пристрасност) и ac компоненте (због тога смо у изразима користили табеле горњих слова). Ми смо заинтересовани за ac компоненте за модел малог сигнала. Видимо да струја одвода зависи од два напона, од врата до извора и од одвода до извора. За инкременталне вредности можемо да напишемо ову везу као
(14)
У једначини (КСНУМКС), gm is пролазност напред r0 је излазни отпор. Њихове вредности се проналазе узимањем парцијалних деривата у једначини (КСНУМКС). Тако,
(15)
Апроксимација у једначини (КСНУМКС) је резултат посматрања λ ако је мала. Једнаџба (КСНУМКС) води до модела малог сигнала на слици КСНУМКС.
Слика КСНУМКС - Смалл-сигнал МОСФЕТ модел