1.6.1 MOSFET tranzistor osiromašenog tipa

 

Tipičnu izvedbu osiromašenog MOSFET tranzistora prikazuje slika 1.6-1(a). Između dva jako dopirana područja n+ tipa, na slabo dopiranoj podlozi poluvodiča p tipa, tijela, sloj materijala n-tipa tvori kanal duljine L i širine W. U oznaci n+, znak plus označava jako dopirani poluvodič. Stezaljka uvoda S je povezana na jedno, a stezaljka odvoda D na drugo jako dopirano područje. Dopiranje kanala je jače od dopiranja tijela, ali mnogo manje negoli područje uvoda i odvoda. Izolirajući sloj SiO2 debljine d se postavlja iznad kanala. Izolirajući sloj odvaja zasun G od kanala. Postoji također i spoj na tijelo, B. Kod većine izvedbi MOSFET tranzistora, tijelo i uvod su unutar elementa međusobno povezani.

sl_161.gif (8087 bytes)

Slika 1.6-1 (a) Izvedba n-kanalnog MOSFET tranzistora osiromašenog tipa, (b) električni simbol i (c) električni simbol p-kanalnog MOSFET tranzistora obogaćenog tipa

 

Električni simbol n-kanalnog MOSFET tranzistora osiromašenog tipa prikazuje slika 1.6-1(b). Za tranzistor izveden u tehnologiji n-kanalnog metalo oksidnog poluvodiča MOS-a koristi se naziv NMOS tranzistor.

 

Postoji i izvedba p-kanalnog MOSFET tranzistora. U toj izvedbi tijelo elementa čini poluvodič n tipa, kanal poluvodič p tipa, a spojeve uvoda i odvoda jako dopirani poluvodič p tipa. Električni simbol p-kanalnog MOSFET tranzistora osiromašenog tipa prikazuje slika 1.6-1(c). Za tranzistor izveden u tehnologiji p-kanalnog metalo oksidnog poluvodiča MOS-a, koristi se naziv PMOS tranzistor. Osim razlike u polaritetima napona i smjerovima struja, koji su kod p-kanalnog elementa suprotni u odnosu na n-kanalni MOSFET, njegovo ponašanje odgovara ponašanju n-kanalnog tranzistora. Zato se u daljnjoj analizi opisuju način rada i karakteristike n-kanalnog MOSFET tranzistora.

 

Kod opisa rada MOSFET tranzistora pretpostavlja se da je tijelo elementa povezano na uvod. Uz postojanje pozitivno polariziranog prednapona od odvoda prema uvodu, pretpostavlja se postojanje negativnog prednapona na nadzornoj elektrodi (uGS < 0). Osiromašeno područje u blizini pn spoja se proširuje i utječe na struju odvoda na isti način kao i kod spojnog FET tranzistora. Međutim, električno polje neposredno ispod izolirajućeg sloja pokreće elektrone iz gornjeg dijela kanala tvoreći time drugo osiromašeno područje koje se porastom negativnog napona uGS proširuje, čime smanjuje vodljivost kanala. Obadva osiromašena područja smanjuju struju u kanalu sve dok se ne dostigne prag, tj., sve dok uGS nije dovoljno negativan odnosno jednak naponu dodira Up. U području vrijednosti napona, uDS > 0 i uGS < 0, jednadžbe koje opisuju struju odvoda iD imaju oblik jednak obliku za struju odvoda kod FET tranzistora. U omskom području

 

                                                                            (1.6-1)

kada je

 

                                                                                                        (1.6-2)

 

U aktivnom području, kod kojeg je

 

                                                                                                            (1.6-3)

 

izraz za struju odvoda glasi

 

                                                                                    (1.6-4)

 

pri čemu su iznosi napona UA i struje IDSS pozitivne stalne vrijednosti. Član [ 1 + (uDS/UA)] doprinosi pozitivnom nagibu krivulje iD-uDS kod realnog MOSFET tranzistora.

 

Postojanje izolirajućeg sloja onemogućuje postojanje struje zasuna te zbog toga napon uGS može imati pozitivan ili negativan polaritet. Uz uGS > 0 električno polje u kanalu neposredno ispod izolirajućeg sloja privlači i sakuplja elektrone u tankom sloju na vrhu kanala. Sakupljeni negativni naboji djelotvorno povećavaju vodljivost kanala i tok struje. Za struju odvoda još uvijek vrijede izrazi (1.6-1) i (1.6-4). Karakteristične krivulje zamišljenog MOSFET tranzistora osiromašenog tipa prikazuje slika 1.6-2. Kada je uGS L 0, za MOSFET se kaže da radi u osiromašenom režimu rada. MOSFET radi u obogaćenom režimu rada kada je uGS > 0. U tom slučaju električno polje uzrokovano postojanjem napona na zasunu uslijed sakupljenosti elektrona ispod izolirajućeg sloja povećava, obogaćuje vodljivost kanala.

sl_162.gif (7856 bytes)

Slika 1.6-2 Karakteristike osiromašenog MOSFET tranzistora: (a) struja odvoda na početku područja suženog kanala i (b) struja odvoda prema naponu uDS uz različite vrijednosti napona uGS

Primjer 1.6-1

Za n-kanalni MOSFET tranzistor osiromašenog tipa IDSS = 6.8 mA, Up = -3.6 V, poznato je da radi u omskom području uz struju odvoda iD = 1.007 mA kada je uDS = 0.8 V. Kolika je vrijednost napona uGS, ako je utjecaj napona uDS na struju iD zanemariv?

Rješenje 1.6-1

Rješavanjem izraza (1.6-1) za napon uGS slijedi

Za provjeru da tranzistor radi u omskom području, izračunava se iznos napona uGS - Up = -2 +3.6 = 1.6 V, što je veći napon od uDS = 0.8 V.

 

povratak