PET FIELD EFFECT TRANSISTOR

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG KHOA HỌC TỰ NHIÊN VẬT LÝ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Chap 4: FET – FIELD EFFECT TRANSISTOR Trình bày: NGUYỄN THỊ THIÊN TRANG TỔNG QUAN & PHÂN LOẠI FET chia thành loại theo cấu trúc cực G kênh dẫn sau: ➢ JFET (Junction FET) : Transistor hiệu ứng trường điều khiển chuyển tiếp PN, cực điều khiển G ngăn cách với kênh dẫn vùng nghèo chuyển tiếp PN phân cực ngược ➢ IGFET (Isolated Gate FET) : Transistor hiệu ứng trường cực cửa cách ly với kênh dẫn, điển hình linh kiện MOSFET (Metal-OxideSemiconductor FET) MESFET (Metal-Semiconductor FET) TỔNG QUAN & PHÂN LOẠI MESFET: cực điều khiển ngăn cách với kênh dẫn vùng nghèo chuyển tiếp kim loại-bán dẫn • MOSFET cực điều khiển cách ly hẳn với kênh dẫn thông qua lớp điện môi (SiO2) Đây Transistor trường theo nghĩa thuật ngữ này, có loại dịng chảy qua kênh dẫn điều khiển hoàn toàn điện trường, dịng điều khiển khơng tuyệt đối, dịng rị chuyển tiếp PN Schottky phân cực ngược, chưa hồn tồn khơng) • Mỗi loại FET chia thành loại kênh N kênh P TỔNG QUAN & PHÂN LOẠI PHÂN LOẠI Ký hiệu N SFET kênh sẵn N P N JFET a) JFET PP NN P b).MOSFET MOSFETkênh kênhsẵn sẵn c).c) MO b) MOS P N c) MOSFET kênh cảm ứng JFET – CẤU TẠO & HOẠT ĐỘNG Có loại JFET: kênh N P JFET kênh N thơng dụng JFET có cực: cực Nguồn S (source); cực Cổng G (gate); cực Máng D (drain) Cực D cực S kết nối vào kênh N Cực G kết nối vào vật liệu bán dẫn P Drain (D) Drain (D) Gate (G) P N P Gate (G) N P N P N Source (S) Source (S) HOẠT ĐỘNG CỦA JFET JFET hoạt động giống hoạt động khóa nước • Nguồn áp lực nước-tích lũy hạt eở điện cực âm nguồn điện áp cung cấp từ D S • Ống nước - thiếu e- hay lỗ trống cực dương nguồn điện áp cung cấp từ D S • Điều khiển lượng đóng mở nước-điện áp G điều khiển độ rộng kênh n, kiểm sốt dịng chảy e- kênh n từ S tới D SƠ ĐỒ MẠCH JFET ĐẶC ĐIỂM HOẠT ĐỘNG CỦA JFET JFET kênh N có chế độ hoạt động VDS >0: A VGS = 0, JFET hoạt động bão hòa, ID=Max B VGS < 0, JFET hoạt động tuyến tính, ID↓ C VGS =-Vngắt, JFET ngưng hoạt động, ID=0 ĐẶC ĐIỂM HOẠT ĐỘNG CỦA JFET Với JFET kênh n Khi khơng có phân cực, khơng có dịng qua kênh n Gate Drain Source p Channel n p VGS > nối pn phân cực thuận có dịng điện từ cực nguồn S đến cực D lớn khơng điều 10 khiển CẤU TẠO ỨNG DỤNG Cấu trúc MOS công nghệ chủ đạo tạo cách mạng lĩnh vực điện tử Ứng dụng cấu trúc MOS: ❖ Dùng nhiều vi mạch tương tự số: MOSFET phần tử họ vi mạch CMOS ❖ Dùng nhiều vi mạch nhớ: DRAM, EPROM… ❖ Dùng có thiết bị ảnh camera CCD (Charge-Couple Device) ❖ Dùng loại hình thị LCD, … HÌNH ẢNH CỦA MOSFET NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ❖ Nguyên lý hoạt động MOSFET loại N loại P giống Chúng khác chiều nguồn điện cung cấp ngược dấu ❖ MOSFET phân cực vùng BULK kênh tạo vùng chuyển tiếp nghèo bao quanh kênh dẫn, dòng hạt dẫn đa số vào kênh từ cực S khỏi kênh từ cực D tạo dòng ID ❖ Nguyên lý hoạt động MOSFET cực cổng G kết hợp với lớp điện mơi nằm kênh dẫn bán dẫn nằm lớp điện mơi cấu trúc tụ điện MOS Điện áp điều khiển tác dụng lên cực G tạo điện trường làm biến thiên nồng độ hạt tải tự kênh dẫn, thiết diện kênh dẫn, độ dẫn kênh thay đổi Dòng điện ID phụ thuộc vào điện áp VGS VDS Đặc tuyến quan trọng MOSFET đặc tuyến đặc tuyến truyền đạt tương tự JFET ❖ Đặc tính MOSFET tương tự đặc tính JFET có nhiều điểm ưu việt DẢI NĂNG LƯỢNG FLAT BAND Trạng thái cân nhiệt Giản đồ lượng vùng tuyến tính & vùng bão hịa Cơng thức MOSFET • Vùng ngưng dẫn: VGS< VT ID = I S = • Vùng tuyến tính: VGS>VT and VDS < VGS-VT ID = kn’(W/L)[(VGS-VT)VDS - 1/2VDS2] • Vùng bão hịa: VGS>VT and VDS > VGS-VT ID = 1/2kn’(W/L)(VGS-VT)2 Trong kn’= (electron mobility)x(gate capacitance) = mn(eox/tox) …electron velocity = mnE Và VT phụ thuộc vào nồng độ pha tạp vật liệu sử dụng để chế tạo cực G DẢI NĂNG LƯỢNG (“flat band” condition; not equilibrium) (equilibrium) Channel Charge (Qch) VGS>VT Depletion region charge (QB) is due to uncovered acceptor ions Qch ĐIỆN THẾ NGƯỠNG VGS = VT when the carrier concentration in the channel is equal to the carrier concentration in the bulk silicon Mathematically, this occurs when fs=2ff , where fs is called the surface potential Applications(cont.) Transistor applications Switch • • • • • Amplifier – Switch for a digital signal: BJT or MOSFET – Switch for a analog signal: JFET – Switch for a power signal: Power MOSFET or BJT – Current controlled-current amplifier: BJT – Voltage controlled-current amplifier: JFET or MOSFET 56 ... (Junction FET) : Transistor hiệu ứng trường điều khiển chuyển tiếp PN, cực điều khiển G ngăn cách với kênh dẫn vùng nghèo chuyển tiếp PN phân cực ngược ➢ IGFET (Isolated Gate FET) : Transistor hiệu... điểm FET so với BJT: • Dòng điện qua transistor loại hạt dẫn đa số tạo nên Do FET loại cấu kiện đơn cực • FET có trở kháng vào cao • Tiếng ồn FET nhiều so với transistor lưỡng cực • FET khơng bù... phép điều khiển điện áp với dòng điện điều khiển cực nhỏ BJT ❖ Gồm nối tiếp xúc xen kẽ ❖ Có loại Transistor nối: npn pnp 23 PHÂN BIỆT BJT & FET Về chức năng: Giống nhau: • Sử dụng làm khuếch đại