by
Khác với transistor lưỡng cực (BJT- Bipolar junction transistor) mà đặc điểm chủ yếu là dòng điện trong chúng do cả hai loại hạt dẫn (điện tử và lỗ trống) tạo nên (xem lại tại đây), transistor trường (Field Effect Transistor - FET) hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng trường, điều khiển độ dẫn điện của đơn tinh thể bán dẫn nhờ tác dụng của một điện trường ngoài. Dòng điện trong FET chỉ do một loại điện tích tạo nên.
Transistor hiệu ứng trường FET gồm có hai loại chính:
FET điều khiển bằng tiếp xúc p - n (hay gọi là FET mối nối đơn): Junction FET, viết tắt là JFET. Bạn có thể xem thêm theo đường dẫn tại đây.
FET có cực cửa cách điện: Insulated Gate FET viết tắt là IGFET.
Thông thường lớp cách điện là lớp ôxít nên gọi là Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET hay MOS). Trong loại transistor trường có cực cửa cách điện lại chia làm hai loại là MOS có kênh sẵn và MOS có kênh cảm ứng. Và đây chính là nội dung của bài này.
MOSFET được chia làm hai loại là MOSFET kênh liên tục và MOSFET kênh gián đoạn. Mỗi loại kênh liên tục (kênh đặt sẵn) hay gián đoạn (cảm ứng) đều có phân loại theo chất bán dẫn là kênh N hay P. Ta chỉ xét các loại MOSFET kênh N và suy ra cấu tạo ngược lại cho kênh P.
MOSFET kênh liên tục
Cấu tạo và ký hiệu
Người ta chế tạo sẵn kênh dẫn điện gồm hai vùng bán dẫn loại N có nồng độ tạp chất cao được nối liền nhau bằng một kênh dẫn là bán dẫn loại N có nồng độ tạp chất thấp hơn. Các lớp bán dẫn này được khuếch tán trên một nền là chất bán dẫn loại P, phía trên kênh dẫn điện có phủ lớp ô xít cách điện SiO2.
Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào hai vùng bán dẫn N nồng độ cao gọi là cực S và D. Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp ôxít nhưng vẫn cách điện với kênh dẫn, thường cực S được nối chung với nền P.
Đặc tính của MOSFET kênh liên tục
A. Khi UGS = 0V:
Trường hợp này kênh dẫn điện có tác dụng như một điện trở, khi tăng điện áp Uds thì dòng ID tăng lên dến một trị số giới hạn là IDSS (dòng ID bão hoà ).
Điện áp UDS ở trị số IDSS cũng gọi là điện áp ngắt Up giống JFET.
B. Khi UGS<0V:
Khi này cực G có điện thế âm nên đẩy các điện tử ở kênh N vào vùng nền P làm thu hẹp tiết diện kênh dẫn điện N và dòng ID bị giảm xuống do điện trở kênh dẫn điện tăng lên. Khi tăng điện thế âm ở cực G thì dòng ID càng nhỏ và đến một trị số giới hạn dòng ID gần như không còn, điện thế này ở cực G gọi là điện thế ngắt Up.
C Khi: UGS> 0V
Khi phân cực cho cực G có điện thế dương thì các điện tử thiểu số ở miền P bị hút vào vùng N nên làm tăng tiết diện kênh, điện trở kênh bị giảm xuống và dòng ID tăng cao hơn trị số bão hoà IDSS. Trường hợp này dòng ID lớn dễ làm hỏng MOSFET nên ít được sử dụng,
Hình 1.78 là đặc tuyến ra ID/UDS và đặc tuyến truyền đạt ID/UGS của MOSFET liên tục kênh N.
MOSFET liên tục kênh P (hình 1.79)
MOSFET kênh gián đoạn (cảm ứng)
Cấu tao và ký hiệu
Hình 1.80 giới thiệu cấu tạo của MOSFET kênh gián đoạn, hình 1.81 là kí hiệu của chúng.
Trong MOSFET gián đoạn thì hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao không dính liền nhau nên goi là kênh gián đoạn, mặt trên kênh dẫn điện cũng được phủ một lớp ô xít cách điện SiO2. Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào vùng bán dẫn N gọi là cực S và D. Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp ô xít và cách điện đối với cực D và S.
Đặc tính của MOSFET kênh gián đoạn (hình 1.82)
Do cấu tạo kênh bị gián đoạn nên bình thường không có dòng điện qua kênh, ID = 0 và điện trở giữa D và S rất lớn.
Khi phân cực cho G có UGS > 0V thì điện tích dương ở cực G sẽ hút các điện tử của nền P về phía giữa của hai vùng bán dẫn N và khi lực hút đủ lớn thì số điện tử bị hút nhiều hơn đủ để nối liền hai vùng bán dẫn N và kênh được liên tục. Khi đó có dòng điện ID đi từ D sang S, điện thế phân cực cho cực G càng tăng thì dòng ID càng lớn. Điện thế UGS đủ lớn để tạo thành kênh dẫn điện gọi là điện thế ngưỡng UGS(T) hay UT . Khi UGS < UT thì dòng cực máng ID = 0mA hay không có dòng điện chay qua kênh (kênh dẫn chưa được tạo thành).
Đặc tuyến ra và đặc tuyến truyền đạt của MOSFET gián đoạn kênh N được biểu thị ở hình 1.83, khi UGS > UT thì dòng Id và UGS quan hệ với nhau theo công thức:
ID = k.(UGS - UT)² (1.18)
đây chính là phương trình của đặc tuyến truyền đạt ở hình 182b.
Hệ số k là một hằng số, nó được xác định nhờ các giá tri ID và UGS tương ứng trên đặc tuyến ra (ứng với mỗi một điểm bất kỳ trên đặc tuyển ra ta có một cặp (ID, Ugs) tương ứng gọi là ID(on) Và UGS(on) khi đó:
MOSFET gián đoạn kênh P (hình 1.83)
Tương tự như MOSFET gián đoạn kênh N, hình 1.83a mô tả cấu tạo, b- đặc tuyến truyền đạt và c- đặc tuyến ra của MOSFET gián đoạn kênh P.
Transistor hiệu ứng trường FET gồm có hai loại chính:
FET điều khiển bằng tiếp xúc p - n (hay gọi là FET mối nối đơn): Junction FET, viết tắt là JFET. Bạn có thể xem thêm theo đường dẫn tại đây.
FET có cực cửa cách điện: Insulated Gate FET viết tắt là IGFET.
Thông thường lớp cách điện là lớp ôxít nên gọi là Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET hay MOS). Trong loại transistor trường có cực cửa cách điện lại chia làm hai loại là MOS có kênh sẵn và MOS có kênh cảm ứng. Và đây chính là nội dung của bài này.
MOSFET được chia làm hai loại là MOSFET kênh liên tục và MOSFET kênh gián đoạn. Mỗi loại kênh liên tục (kênh đặt sẵn) hay gián đoạn (cảm ứng) đều có phân loại theo chất bán dẫn là kênh N hay P. Ta chỉ xét các loại MOSFET kênh N và suy ra cấu tạo ngược lại cho kênh P.
MOSFET kênh liên tục
Cấu tạo và ký hiệu
Người ta chế tạo sẵn kênh dẫn điện gồm hai vùng bán dẫn loại N có nồng độ tạp chất cao được nối liền nhau bằng một kênh dẫn là bán dẫn loại N có nồng độ tạp chất thấp hơn. Các lớp bán dẫn này được khuếch tán trên một nền là chất bán dẫn loại P, phía trên kênh dẫn điện có phủ lớp ô xít cách điện SiO2.
Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào hai vùng bán dẫn N nồng độ cao gọi là cực S và D. Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp ôxít nhưng vẫn cách điện với kênh dẫn, thường cực S được nối chung với nền P.
Đặc tính của MOSFET kênh liên tục
A. Khi UGS = 0V:
Trường hợp này kênh dẫn điện có tác dụng như một điện trở, khi tăng điện áp Uds thì dòng ID tăng lên dến một trị số giới hạn là IDSS (dòng ID bão hoà ).
Điện áp UDS ở trị số IDSS cũng gọi là điện áp ngắt Up giống JFET.
B. Khi UGS<0V:
Khi này cực G có điện thế âm nên đẩy các điện tử ở kênh N vào vùng nền P làm thu hẹp tiết diện kênh dẫn điện N và dòng ID bị giảm xuống do điện trở kênh dẫn điện tăng lên. Khi tăng điện thế âm ở cực G thì dòng ID càng nhỏ và đến một trị số giới hạn dòng ID gần như không còn, điện thế này ở cực G gọi là điện thế ngắt Up.
C Khi: UGS> 0V
Khi phân cực cho cực G có điện thế dương thì các điện tử thiểu số ở miền P bị hút vào vùng N nên làm tăng tiết diện kênh, điện trở kênh bị giảm xuống và dòng ID tăng cao hơn trị số bão hoà IDSS. Trường hợp này dòng ID lớn dễ làm hỏng MOSFET nên ít được sử dụng,
Hình 1.78 là đặc tuyến ra ID/UDS và đặc tuyến truyền đạt ID/UGS của MOSFET liên tục kênh N.
MOSFET liên tục kênh P (hình 1.79)
MOSFET kênh gián đoạn (cảm ứng)
Cấu tao và ký hiệu
Hình 1.80 giới thiệu cấu tạo của MOSFET kênh gián đoạn, hình 1.81 là kí hiệu của chúng.
Trong MOSFET gián đoạn thì hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao không dính liền nhau nên goi là kênh gián đoạn, mặt trên kênh dẫn điện cũng được phủ một lớp ô xít cách điện SiO2. Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào vùng bán dẫn N gọi là cực S và D. Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp ô xít và cách điện đối với cực D và S.
Đặc tính của MOSFET kênh gián đoạn (hình 1.82)
Do cấu tạo kênh bị gián đoạn nên bình thường không có dòng điện qua kênh, ID = 0 và điện trở giữa D và S rất lớn.
Khi phân cực cho G có UGS > 0V thì điện tích dương ở cực G sẽ hút các điện tử của nền P về phía giữa của hai vùng bán dẫn N và khi lực hút đủ lớn thì số điện tử bị hút nhiều hơn đủ để nối liền hai vùng bán dẫn N và kênh được liên tục. Khi đó có dòng điện ID đi từ D sang S, điện thế phân cực cho cực G càng tăng thì dòng ID càng lớn. Điện thế UGS đủ lớn để tạo thành kênh dẫn điện gọi là điện thế ngưỡng UGS(T) hay UT . Khi UGS < UT thì dòng cực máng ID = 0mA hay không có dòng điện chay qua kênh (kênh dẫn chưa được tạo thành).
Đặc tuyến ra và đặc tuyến truyền đạt của MOSFET gián đoạn kênh N được biểu thị ở hình 1.83, khi UGS > UT thì dòng Id và UGS quan hệ với nhau theo công thức:
ID = k.(UGS - UT)² (1.18)
đây chính là phương trình của đặc tuyến truyền đạt ở hình 182b.
Hệ số k là một hằng số, nó được xác định nhờ các giá tri ID và UGS tương ứng trên đặc tuyến ra (ứng với mỗi một điểm bất kỳ trên đặc tuyển ra ta có một cặp (ID, Ugs) tương ứng gọi là ID(on) Và UGS(on) khi đó:
MOSFET gián đoạn kênh P (hình 1.83)
Tương tự như MOSFET gián đoạn kênh N, hình 1.83a mô tả cấu tạo, b- đặc tuyến truyền đạt và c- đặc tuyến ra của MOSFET gián đoạn kênh P.
0 comments: