- Vùng Nghỉo.
e)Tổng hợp nguyín lý lăm việc vă câc phương trình cơ bản của NMOS kiểu tăng cường.
trình cơ bản của NMOS kiểu tăng cường.
Nhưđê xĩt ở trín, do không tồn tại kính dẫn giữa hai vùng mâng vă nguồn khi ít nhất điện âp VGS= 0V, nín với một điện âp VDS dương năo đó vă cực đế B được nối trực tiếp với cực nguồn, thì thực tế lă sẽ có hai tiếp giâp pn phđn cực ngược giữa hai vùng pha tạp n vă sẽ không có dòng chảy giữa hai vùng mâng vă nguồn.
Khi cả hai điện âp VDS vă VGSđược thiết lập tại điện âp dương năo đó (lớn hơn 0V), tức lă thiết lập điện âp dương tại mâng vă cổng so với nguồn. Điện âp dương tại cổng sẽđẩy câc lỗ trống (do câc điện tích cùng dấu đẩy nhau) văo sđu trong đếp suốt theo diện tích phủ của lớp SiO2, tạo ra một vùng nghỉo không có câc lỗ trống gấn lớp câch ly bằng SiO2. Tuy nhiín, câc điện tử trong đếp (câc hạt tải điện thiểu số của vật liệu bân dẫn tạp p) sẽđược thu hút đến bân cực cổng dương vă tích lũy lại thănh vùng gần sât với bề mặt của lớp ôxít. Lớp SiO2 với phẩm chất câch điện rất tốt của nó sẽ ngăn cản câc hạt tải mang điện tích đm hấp thụở cực cổng. Nín khi tăng
VGS thì sự tích lũy câc điện tử gần sât bề mặt của lớp SiO2 sẽ tăng lín, tạo ra một vùng kính n
để có thể truyền dẫn một dòng điện đâng kể giữa Mâng vă Nguồn.
Ứng với trị sốVGS mă kính dẫn bắt đầu được hình thănh dẫn đến sự tăng nhiều ở dòng mâng được gọi lă điện âp ngưỡng VTN , (hay còn gọi lă VGS (Th) trong câc sổ tay tra cứu câc dụng cụ bân dẫn).
Do kính dẫn không tồn tại vă được “tăng cường” bằng việc âp dụng một điện âp Cổng-Nguồn có giâ trị dương, nín MOSFET được gọi lă MOSFET kiểu tăng cường.
Khi VGS tăng lín vượt qua mức ngưỡng thì mật độ câc hạt tải điện tự do trong kính dẫn được tạo thănh sẽ tăng lín, dẫn đến mức dòng mâng qua kính cũng tăng lín, nhưng nếu giữ VGS không đổi vă tăng VDS thì dòng mâng sẽ tăng lín đến mức bêo hòa, tức lă lúc năy dòng mâng IDS không tăng do quâ trình thắt kính, kính dẫn bắt đầu hẹp nhất tại phía đầu vùng mâng của kính dẫn tạo thănh (xem hình 3.6b). Âp dụng định luật Kirchhoff’s theo âp đối với câc điện âp đầu cực của MOSFET ta có:
VDG = VDS - VGS (3.22) Nếu VGSđược giữ cốđịnh tại một trị số năo đó, chẳng hạn 8V vă tăng VDS từ 2 đến 5V, thì điện âp VDG [theo biểu thức (3.22)] sẽ giảm xuống từ -6V xuống -3V, vă điện âp cổng sẽ trở nín dương thấp hơn so với mâng. Sự giảm xuống ởđiện âp cổng-mâng sẽ dẫn đến lăm giảm lực hấp dẫn câc hạt tải điện tự do (câc điện tử) ngay tại vùng kính dẫn tạo thănh ở phía đầu cực mâng, gđy nín sự giảm xuống vềđộ rộng hiệu dụng của kính. Cuối cùng kính dẫn sẽ giảm xuống đến điểm thắt kính vă trạng thâi bêo hòa sẽđược thiết lập. Nói câch khâc khi tăng hơn nữa ởVDS tại giâ trị không đổi của VGS sẽ không ảnh hưởng đến mức bêo hòa của IDScho đến khi điều kiện đânh thủng xảy ra.
Có thể lấy ví dụ như họđặc tuyển mâng cụ thể cho MOSFET kính n nhưở hình 3.8a ở trín, với
VGS = 5V, trạng thâi bêo hòa xảy ra tại mức VDS= 4V. Trong thực tế mức bêo hòa đối với VDS
liín quan với mức điện âp VGSđặt văo bằng biểu thức (3.20): VDSAT = VGS - VTN
Như vậy, rõ răng lă đối với một giâ trị không đổi của VTN , khi mức VGS cao hơn thì sẽ có mức bêo hòa của VDS cao hơn. Khi giâ trị của VGS = VTN = 1V, thì dòng mâng sẽ giảm xuống 0 mA. Vì vậy, thông thường đối với câc giâ trị của VGS thấp hơn so với mức điện âp ngưỡng, thì dòng mâng ở một MOSFET kiểu tăng cường sẽ bằng 0 mA, tức lă MOSFET ở trạng thâi chắc chắn
ngắt. Khi mức VGS tăng lín từ giâ trịVTNđến giâ trị 5V, thì sẽ dẫn đến mức bêo hòa của dòng IDS
cũng tăng lín từ mức 0 µA lín mức 200 µA.
Một đặc tuyến i-v khâc, dùng để phđn tích dc của MOSFET kiểu tăng cường được gọi lă đặc tuyến truyền đạt [transfer characteristic] biểu diễn quan hệ giữa dòng mâng theo điện âp cổng- nguồn, khi cố định điện âp mâng-nguồn. Đặc tuyến truyền đạt có thể được xâc định đơn giản theo phương phâp đồ thị nhưở hình 3.9, trong đó đặc tuyến truyền đạt được suy ra từđặc tuyến dòng mâng, để mô tả quâ trình chuyển tiếp từ mức dòng-âp năy đến mức dòng-âp khâc. Dòng mâng bằng 0mA đối với VGS ≤ VTN vă sẽ tăng lín khi VGS> VTN nhưđược xâc định bởi phương trình (3.19). Lưu ý rằng, khi xâc định câc điểm trín đặc tuyến truyền đạt từ đặc tuyến dòng mâng, chỉđược vẽ theo câc mức dòng bêo hòa.
Như vđy, toăn bộ câc quan hệ dòng-âp của transistor NMOS có thể tóm tắt như sau:
Đối với tất cả câc vùng ta đều có:
L W C µ Kn = n "ox iG =0 iB =0 (3.23) Vùng ngắt: iDS =0 Đối với: vGS ≤ VTN (3.24) Vùng tuyến tính: DS DS TN GS n DS v 2 v V v K i ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − = Đối với: vGS - VTN ≥ vDS ≥ 0 (3.25) Vùng bêo hòa: ( )2 TN GS n DS v V 2 K i = − Đối với: vDS≥ vGS - VTN≥ 0 (3.26)