MOSFET - Τύπος βελτίωσης, Τύπος εξάντλησης

Δύο κύριοι τύποι FET που υπάρχουν σήμερα είναι: JFET και MOSFET.

Τα MOSFET μπορούν να ταξινομηθούν περαιτέρω σε τύπο εξάντλησης και τύπος βελτίωσης. Και οι δύο αυτοί τύποι ορίζουν τον θεμελιώδη τρόπο λειτουργίας των MOSFET, ενώ ο ίδιος ο όρος MOSFET είναι η συντομογραφία του τρανζίστορ μετάλλου-οξειδίου-ημιαγωγού-πεδίου-αποτελέσματος.

Λόγω του γεγονότος ότι οι δύο τύποι έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά λειτουργίας, θα αξιολογούμε τον καθένα ξεχωριστά σε διαφορετικά άρθρα.

Διαφορά μεταξύ βελτίωσης και εξάντλησης MOSFET

Βασικά, σε αντίθεση με τα βελτιωμένα MOSFET, τα MOSFET εξάντλησης βρίσκονται σε κατάσταση λειτουργίας ακόμη και παρουσία 0 V στα τερματικά πύλης προς πηγή (VGS).

Για ένα βελτιωμένο MOSFET, η τάση πύλης προς πηγή (VGS) πρέπει να είναι πάνω από την τάση κατωφλίου πύλης προς πηγή (VGS (th)) για να το κάνει να συμπεριφέρεται .

Ωστόσο, για MOSFET εξάντλησης καναλιού N, η τιμή VGS (th) είναι πάνω από 0 V. Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και αν VGS = 0 V, ένα MOSFET εξάντλησης είναι ικανό να μεταφέρει ρεύμα. Για να το απενεργοποιήσετε, το VGS ενός MOSFET εξάντλησης πρέπει να μειωθεί κάτω από το VGS (th) (αρνητικό).

Σε αυτό το παρόν άρθρο θα συζητήσουμε τον τύπο εξάντλησης MOSFET, που λέγεται ότι έχουν χαρακτηριστικά που ταιριάζουν με αυτά ενός JFET. Η ομοιότητα είναι μεταξύ διακοπής και κορεσμού κοντά στο I_DSS.

Βασική κατασκευή

Το Σχ.5.23 δείχνει τη βασική εσωτερική δομή ενός τύπου MOSFET εξάντλησης καναλιών.

Μπορούμε να βρούμε ένα μπλοκ υλικού τύπου p που δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας βάση πυριτίου. Αυτό το μπλοκ ονομάζεται υπόστρωμα.

Το υπόστρωμα είναι η βάση ή το θεμέλιο πάνω στο οποίο είναι κατασκευασμένο ένα MOSFET. Για ορισμένα MOSFET συνδέεται εσωτερικά με το τερματικό «πηγής». Επίσης, πολλές συσκευές προσφέρουν μια επιπλέον έξοδο με τη μορφή SS, με ένα 4-τερματικό MOSFET, όπως αποκαλύπτεται στο Σχ.5.23

Οι αγωγοί αποστράγγισης και πηγής συνδέονται μέσω αγώγιμων επαφών σε θέσεις ν-νάρκωσης και συνδέονται μέσω καναλιού η, όπως υποδεικνύεται στο ίδιο σχήμα.

Η πύλη συνδέεται επίσης με ένα μεταλλικό στρώμα, αν και μονώνεται από το κανάλι n μέσω ενός λεπτού στρώματος διοξειδίου του πυριτίου (SiO_δύο).

ΣιΟ_δύοκατέχει μια μοναδική μορφή ιδιότητας μόνωσης που ονομάζεται διηλεκτρικό που δημιουργεί ένα αντίθετο ηλεκτρικό πεδίο μέσα του ως απόκριση σε ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο.

Όντας ένα μονωτικό στρώμα, το υλικό SiO_δύομας προσφέρει τις ακόλουθες σημαντικές πληροφορίες:

Δημιουργείται μια πλήρης απομόνωση μεταξύ του τερματικού πύλης και του καναλιού mosfet με αυτό το υλικό.

Επιπλέον, οφείλεται στο SiO_δύο, η πύλη του mosfet είναι σε θέση να διαθέτει εξαιρετικά υψηλό βαθμό αντίστασης εισόδου.

Λόγω αυτής της ζωτικής ιδιότητας υψηλής αντίστασης εισόδου, το ρεύμα πύλης I_σολείναι σχεδόν μηδενικός ενισχυτής για οποιαδήποτε διαμόρφωση MOSFET με προκαθορισμένη από dc.

Βασική λειτουργία και χαρακτηριστικά

Όπως φαίνεται στο Σχ.5.24, η πύλη προς την τάση πηγής έχει διαμορφωθεί σε μηδενικά βολτ συνδέοντας τους δύο ακροδέκτες μεταξύ τους, ενώ μια τάση V_DSεφαρμόζεται στα άκρα αποστράγγισης και πηγής.

Με την παραπάνω ρύθμιση, η πλευρά αποστράγγισης δημιουργεί ένα θετικό δυναμικό από τα ελεύθερα ηλεκτρονικά κανάλια n, μαζί με ένα ισοδύναμο ρεύμα μέσω του καναλιού JFET. Επίσης, το προκύπτον τρέχον V_GS= 0V εξακολουθεί να αναγνωρίζεται ως I_DSS, όπως δίνεται στο Σχ. 5.25

Μπορούμε να δούμε ότι στο Σχ.5.26 η τάση πηγής πύλης V_GSδίνεται αρνητικό δυναμικό με τη μορφή -1V.

Αυτό το αρνητικό δυναμικό προσπαθεί να πιέσει τα ηλεκτρόνια προς το υπόστρωμα του καναλιού p (αφού τα φορτία απωθούνται) και να τραβήξουν τρύπες από το υπόστρωμα του καναλιού p (καθώς προσελκύουν αντίθετα φορτία).

Ανάλογα με το πόσο μεγάλη αυτή η αρνητική προκατάληψη V_GSΠραγματοποιείται ένας ανασυνδυασμός οπών και ηλεκτρονίων που έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση των ελεύθερων ηλεκτρονίων στο κανάλι n που είναι διαθέσιμο για την αγωγή. Υψηλότερα επίπεδα αρνητικής προκατάληψης οδηγούν σε υψηλότερο ρυθμό ανασυνδυασμού.

Συνεπώς, το ρεύμα αποστράγγισης μειώνεται καθώς αυξάνεται η παραπάνω αρνητική κατάσταση πόλωσης, η οποία αποδεικνύεται στο Σχ.5.25 για V_GSεπίπεδα V_GS= -1, -2 και ούτω καθεξής, μέχρι την ένδειξη -6V.

Το ρεύμα αποστράγγισης ως αποτέλεσμα μαζί με το διάγραμμα καμπύλης μεταφοράς προχωρά ακριβώς όπως αυτό του α JFET.

Τώρα, για το θετικό V_GSτιμές, η θετική πύλη θα προσελκύσει περίσσεια ηλεκτρονίων (ελεύθεροι φορείς) από το υπόστρωμα τύπου ρ, λόγω του αντίστροφου ρεύματος διαρροής. Αυτό θα δημιουργήσει νέους φορείς μέσω της προκύπτουσας σύγκρουσης στα επιταχυνόμενα σωματίδια.

Καθώς η τάση πύλης προς πηγή τείνει να αυξάνεται με το θετικό ρυθμό, το ρεύμα αποστράγγισης παρουσιάζει ταχεία αύξηση, όπως αποδεικνύεται στο Σχ. 5,25 για τους ίδιους λόγους όπως συζητήθηκε παραπάνω.

Το κενό αναπτύχθηκε μεταξύ των καμπυλών του V_GS= 0V και V_GS= +1 δείχνει ξεκάθαρα το ποσό κατά το οποίο το ρεύμα αυξήθηκε λόγω της παραλλαγής 1 - V του V_GS

Λόγω της γρήγορης αύξησης του ρεύματος αποστράγγισης, πρέπει να είμαστε προσεκτικοί σχετικά με τη μέγιστη βαθμολογία ρεύματος, διαφορετικά θα μπορούσε να υπερβεί το όριο θετικής τάσης πύλης.

Για παράδειγμα, για τον τύπο συσκευής που απεικονίζεται στο Σχ.5.25, εφαρμόζοντας ένα V_GS= + 4V θα προκαλούσε αύξηση του ρεύματος αποστράγγισης στα 22,2 mA, το οποίο ενδέχεται να υπερβαίνει το μέγιστο όριο βλάβης (ρεύμα) της συσκευής.

Η παραπάνω συνθήκη δείχνει ότι η χρήση θετικής τάσης πύλης προς πηγή δημιουργεί ενισχυμένη επίδραση στην ποσότητα των ελεύθερων φορέων στο κανάλι, σε αντίθεση με το πότε V_GS= 0V.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η περιοχή θετικής τάσης πύλης στο χαρακτηριστικό αποστράγγισης ή μεταφοράς είναι γενικά γνωστή ως περιοχή ενίσχυσης . Αυτή η περιοχή βρίσκεται μεταξύ του ορίου κοπής και του κορεσμού του I_DSSή την περιοχή εξάντλησης.

Επίλυση ενός παραδείγματος προβλήματος

Πλεονεκτήματα και εφαρμογές

Σε αντίθεση με τα MOSFETs λειτουργίας βελτίωσης, όπου διαπιστώνουμε ότι το ρεύμα αποστράγγισης πέφτει στο μηδέν ως απόκριση σε τάση μηδενικής πύλης προς πηγή, το σύγχρονο FET λειτουργίας εξάντλησης διαθέτει αισθητό ρεύμα με τάση μηδενικής πύλης. Για να είμαστε ακριβείς, η αντίσταση αποστράγγισης στην πηγή είναι συνήθως 100 Ohms σε μηδενική τάση.

Όπως αναφέρεται στο παραπάνω γράφημα, η ON-αντίσταση rds_(επί)έναντι του εύρους αναλογικού σήματος μοιάζει με σχεδόν επίπεδη απόκριση. Αυτό το χαρακτηριστικό, σε συνδυασμό με τα επίπεδα χαμηλής χωρητικότητας αυτής της προηγμένης συσκευής τύπου εξάντλησης, τους επιτρέπει να είναι ειδικά ιδανικά ως αναλογικοί διακόπτες για εφαρμογές εναλλαγής ήχου και βίντεο.

Το χαρακτηριστικό «κανονικά ενεργοποιημένο» του MOSFET σε λειτουργία εξάντλησης επιτρέπει στη συσκευή να είναι απόλυτα κατάλληλη για μεμονωμένους ρυθμιστές ρεύματος FET.

Ένα τέτοιο παράδειγμα κυκλώματος φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα.

Η τιμή Rs θα μπορούσε να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:

Ρ_μικρό= VGS_{μακριά από}[1 - (Ι_ρε/ΕΓΩ_DSS)^1/2] / ΕΓΩ_ρε

που Εγώ_ρε είναι το ποσό του ρυθμιζόμενου ρεύματος που απαιτείται στην έξοδο.

Το κύριο πλεονέκτημα των MOSFETs λειτουργίας εξάντλησης στην εφαρμογή ρεύματος-πηγής είναι η ελάχιστη χωρητικότητα αποστράγγισης, που τα καθιστά κατάλληλα για πόλωση εφαρμογών σε κυκλώματα διαρροής χαμηλής εισόδου, μεσαίας ταχύτητας (> 50 V / us).

Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα διαφορικό ρεύματος χαμηλής εισόδου-διαρροής, χρησιμοποιώντας μια λειτουργία διπλής χαμηλής διαρροής FET.

Σε γενικές γραμμές, και οι δύο πλευρές του JFET θα είναι μεροληπτικές στο ID = 500 uA. Επομένως, το ρεύμα που μπορεί να ληφθεί για τη φόρτιση της αποζημίωσης και των αδέσποτων χωρητικοτήτων περιορίζεται σε 2ID ή, σε τέτοιες περιπτώσεις, 1,0 mA. Τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά του JFET είναι αποδεδειγμένα στην παραγωγή και διασφαλίζονται στο φύλλο δεδομένων.

Το Cs συμβολίζει την χωρητικότητα εξόδου της τρέχουσας πηγής «ουρά» σταδίου εισαγωγής. Αυτή η χωρητικότητα είναι ζωτικής σημασίας στους ενισχυτές που δεν αναστρέφουν, λόγω του γεγονότος ότι το στάδιο εισόδου αντιμετωπίζει σημαντικές ανταλλαγές σημάτων σε όλο αυτό το δίκτυο και τα ρεύματα φόρτισης σε Cs θα μπορούσαν να είναι μεγάλα. Σε περίπτωση που χρησιμοποιούνται κανονικές πηγές ρεύματος, αυτή η χωρητικότητα της ουράς θα μπορούσε να είναι υπεύθυνη για αισθητή επιδείνωση της ταχύτητας περιστροφής σε κυκλώματα που δεν αντιστρέφουν (σε σύγκριση με εφαρμογές αντιστροφής, όπου τα ρεύματα φόρτισης σε Cs τείνουν να είναι ελάχιστα).

Η πτώση του συντελεστή θα μπορούσε να εκφραστεί ως:

1 / 1+ (Cs / Sc)

Εφόσον το Cs είναι χαμηλότερο από το Cc (ο πυκνωτής αντιστάθμισης), μπορεί να υπάρχει σχεδόν καμία παραλλαγή στο ρυθμό αναμονής. Σε συνεργασία με το DMOS FET, το Cs μπορεί να είναι περίπου 2 pF. Αυτή η στρατηγική παράγει μια τεράστια βελτίωση στο ρυθμό. Όπου απαιτούνται τρέχοντα ελλείμματα υψηλότερα από 1 έως 5 mA, η συσκευή θα μπορούσε να προκαταλάβει τη λειτουργία βελτίωσης για να παράγει έως και 20 mA για μέγιστο VGS +2,5 V, με ελάχιστη χωρητικότητα εξόδου να συνεχίζει να αποτελεί βασική πτυχή.

Η επόμενη εφαρμογή παρακάτω δείχνει ένα σωστό κύκλωμα πηγής ρεύματος βελτίωσης.

Ένας αναλογικός διακόπτης «κανονικά» θα μπορούσε να κατασκευαστεί για απαιτήσεις όπου η τυπική κατάσταση καθίσταται απαραίτητη κατά τη διάρκεια αστοχίας τάσης τροφοδοσίας, για παράδειγμα σε αυτόματο εύρος εργαλείων δοκιμής ή για την εξασφάλιση ακριβούς εκκίνησης λογικών κυκλωμάτων στο διακόπτη ON.

Η μειωμένη αρνητική τάση κατωφλίου της συσκευής προσφέρει βασικές προϋποθέσεις κίνησης και επιτρέπει την εργασία με ελάχιστη τάση.

Το παρακάτω κύκλωμα δείχνει τους κοινούς παράγοντες μεροληψίας για κάθε αναλογικό διακόπτη DMOS.

Για να απενεργοποιηθεί η συσκευή, απαιτείται αρνητική τάση στην πύλη. Τούτου λεχθέντος, η αντίσταση θα μπορούσε να ελαχιστοποιηθεί όταν το FET ενισχύεται επιπρόσθετα χρησιμοποιώντας μια θετική τάση πύλης, επιτρέποντάς το ειδικά στην περιοχή λειτουργίας ενίσχυσης μαζί με την περιοχή τρόπου μείωσης.

Αυτή η απάντηση φαίνεται στο παρακάτω γράφημα.

Το κέρδος υψηλής συχνότητας της μονάδας, μαζί με τις τιμές χαμηλής χωρητικότητας, προσφέρει αυξημένη «αξία της αξίας». Είναι πραγματικά ένα κρίσιμο στοιχείο στην ενίσχυση VHF και UHF, που καθορίζει το προϊόν εύρους ζώνης εύρους (GBW) του FET, το οποίο θα μπορούσε να απεικονιστεί ως:

GBW = gfs / 2 π (ΝΤΟ_σε+ Γ_έξω)

p-Channel Depletion-Type MOSFET

Η κατασκευή ενός MOSFET τύπου εξάντλησης καναλιού p είναι ένα τέλειο αντίστροφο μιας έκδοσης n-channel που φαίνεται στο Σχ.5.23. Δηλαδή, το υπόστρωμα παίρνει τώρα τη μορφή ενός τύπου n και το κανάλι γίνεται τύπου p, όπως φαίνεται στο σχήμα 5,28α παρακάτω.

Η αναγνώριση του τερματικού παραμένει αμετάβλητη, αλλά η τάση και η πολικότητα του ρεύματος αντιστρέφονται, όπως φαίνεται στο ίδιο σχήμα. Τα χαρακτηριστικά αποστράγγισης θα είναι ακριβώς όπως απεικονίζονται στο Σχ.5.25, εκτός από το V_DSσημάδι που σε αυτήν την περίπτωση θα έχει αρνητική τιμή.

Το ρεύμα αποστράγγισης I_ρεδείχνει μια θετική πολικότητα και σε αυτήν την περίπτωση, διότι έχουμε ήδη αντιστρέψει την κατεύθυνση του. Β_GSδείχνει μια αντίθετη πολικότητα, η οποία είναι κατανοητή, όπως υποδεικνύεται στο Σχ.5.28γ.

Επειδή V_GSΑντιστραφεί παράγει μια κατοπτρική εικόνα για τα χαρακτηριστικά μεταφοράς όπως υποδεικνύεται στο Σχήμα 5,28b.

Δηλαδή, το ρεύμα αποστράγγισης αυξάνεται στο θετικό V_GSπεριοχή από το σημείο αποκοπής στο V_GS= Vp μέχρι εγώ_DSS, τότε συνεχίζει να αυξάνεται ως η αρνητική τιμή του V_GSανεβαίνει.

Σύμβολα

Τα γραφικά σημάδια για ένα MOSFET τύπου εξάντλησης καναλιών n και p μπορούν να παρατηρηθούν στο παραπάνω Σχ. 5.29.

Παρατηρήστε τον τρόπο με τον οποίο τα επιλεγμένα σύμβολα στοχεύουν στην αναπαράσταση της πραγματικής δομής της συσκευής.

Η απουσία άμεσης διασύνδεσης (λόγω της μόνωσης της πύλης) μεταξύ της πύλης και του καναλιού συμβολίζεται από ένα κενό μεταξύ της πύλης και των διαφορετικών ακροδεκτών του συμβόλου.

Η κατακόρυφη γραμμή που αντιπροσωπεύει το κανάλι συνδέεται μεταξύ της αποχέτευσης και της πηγής και «συγκρατείται» από το υπόστρωμα.

Στην παραπάνω εικόνα παρέχονται δύο ομάδες συμβόλων για κάθε τύπο καναλιού για να επισημανθεί το γεγονός ότι σε ορισμένες συσκευές το υπόστρωμα μπορεί να είναι προσβάσιμο εξωτερικά, ενώ σε άλλες μπορεί να μην φαίνεται.

MOSFET (Τύπος βελτίωσης)

Αν και ο τύπος εξάντλησης και οι τύποι βελτίωσης MOSFET μοιάζουν με τις εσωτερικές δομές και τη λειτουργική λειτουργία τους, τα χαρακτηριστικά τους μπορεί να είναι αρκετά διαφορετικά.

Η κύρια διαφορά είναι το ρεύμα αποστράγγισης που εξαρτάται από ένα συγκεκριμένο επίπεδο τάσης πύλης προς πηγή για τη δράση διακοπής.

Ακριβώς, ένα MOSFET τύπου βελτίωσης n-καναλιών μπορεί να λειτουργήσει με θετική τάση πύλης / πηγής, αντί για μια σειρά αρνητικών δυνατοτήτων που μπορούν κανονικά να επηρεάσουν έναν τύπο MOSFET εξάντλησης.

Βασική κατασκευή

Μπορείτε να οπτικοποιήσετε το MOSFET τύπου βελτίωσης καναλιού στα ακόλουθα
Εικ. 5.31.

Ένα τμήμα υλικού τύπου p δημιουργείται μέσω βάσης πυριτίου, και όπως έχει μάθει πριν ονομάζεται υπόστρωμα.

Αυτό το υπόστρωμα συνδέεται σε ορισμένες περιπτώσεις εσωτερικά με τον πείρο πηγής σε MOSFET τύπου εξάντλησης, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις τερματίζεται ως τέταρτο καλώδιο για την ενεργοποίηση εξωτερικού ελέγχου του πιθανού επιπέδου του.

Οι ακροδέκτες πηγής και αποστράγγισης συνδέονται ως συνήθως χρησιμοποιώντας μεταλλικές επαφές σε περιοχές με ν-νάρκωση.

Ωστόσο, μπορεί να είναι σημαντικό να φανταστεί κανείς ότι στο Σχ. 5.31 λείπει το κανάλι μεταξύ των δύο ν-ντοπαρισμένων περιοχών.

Αυτό μπορεί να θεωρηθεί ως η θεμελιώδης ομοιότητα μεταξύ της εσωτερικής διάταξης τύπου εξάντλησης και ενός τύπου βελτίωσης του MOSFET, δηλαδή απουσία εγγενών καναλιών που υποτίθεται ότι είναι μέρος της συσκευής.

Το στρώμα SiO2 μπορεί να φανεί ακόμα διαδεδομένο, το οποίο διασφαλίζει την απομόνωση μεταξύ της μεταλλικής βάσης του τερματικού πύλης και της περιοχής μεταξύ της αποχέτευσης και της πηγής. Ωστόσο, εδώ μπορεί να παρατηρηθεί ότι στέκεται χωρισμένο από το τμήμα υλικού τύπου p.

Από την παραπάνω συζήτηση μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η εσωτερική διάταξη MOSFET εξάντλησης και βελτίωσης μπορεί να έχει κάποιες ομοιότητες, εκτός από το κανάλι που λείπει μεταξύ αποστράγγισης / πηγής για έναν τύπο ενίσχυσης του MOSFET.

Βασική λειτουργία και χαρακτηριστικά

Για έναν τύπο βελτίωσης, το MOSFET όταν εισάγεται ένα 0 V στο VGS του, λόγω του ελλείποντος καναλιού n (το οποίο είναι γνωστό ότι μεταφέρει πολλούς ελεύθερους μεταφορείς) προκαλεί μηδενική τρέχουσα έξοδο, κάτι που μοιάζει πολύ με τον τύπο εξάντλησης του MOSFET, με ID = IDSS.

Σε μια τέτοια κατάσταση εξαιτίας μιας διαδρομής που λείπει μέσω των ακροδεκτών αποστράγγισης / πηγής, μεγάλες ποσότητες φορέων με τη μορφή ηλεκτρονίων δεν μπορούν να συσσωρευτούν στην αποστράγγιση / πηγή (λόγω των περιοχών ν-ντόπινγκ).

Εφαρμόζοντας κάποιο θετικό δυναμικό στο VDS, με το VGS μηδενικό βολτ και το τερματικό SS βραχυκυκλωμένο με το τερματικό πηγής, στην πραγματικότητα βρίσκουμε μερικές αντίστροφες προκαθορισμένες συνδέσεις pn μεταξύ των περιοχών n-doped και του υποστρώματος p για να επιτρέψουμε οποιαδήποτε αξιοσημείωτη αγωγιμότητα αποστράγγιση στην πηγή.

Στο Σχ. 5.32 φαίνεται μια κατάσταση όπου VDS και VGS εφαρμόζονται με κάποια θετική τάση υψηλότερη από 0 V, επιτρέποντας στην αποστράγγιση και την πύλη να έχουν θετικό δυναμικό σε σχέση με την πηγή.

Το θετικό δυναμικό στην πύλη ωθεί τις οπές στο υπόστρωμα ρ κατά μήκος της άκρης του στρώματος SiO2, αφήνοντας τη θέση και εισάγοντας βαθύτερα στις περιοχές του υποστρώματος ρ, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Αυτό συμβαίνει λόγω των παρόμοιων χρεώσεων που απωθούν ο ένας τον άλλον.

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μίας περιοχής εξάντλησης κοντά στο μονωτικό στρώμα SiO2 που δεν περιέχει οπές.

Παρ 'όλα αυτά, τα ηλεκτρόνια ρ-υποστρώματος που είναι οι μειοψηφικοί φορείς του υλικού τραβούνται προς τη θετική πύλη και αρχίζουν να συγκεντρώνονται στην περιοχή κοντά στην επιφάνεια του στρώματος Si02.

Λόγω της ιδιότητας μόνωσης του στρώματος SiO2, οι αρνητικοί φορείς επιτρέπουν στους αρνητικούς φορείς να απορροφηθούν στον τερματικό πύλης.

Καθώς αυξάνουμε το επίπεδο VGS, αυξάνεται επίσης η πυκνότητα ηλεκτρονίων κοντά στην επιφάνεια SiO2, έως ότου επιτέλους η επαγόμενη περιοχή τύπου-n είναι σε θέση να επιτρέψει μια ποσοτικοποιήσιμη αγωγή σε όλη την αποχέτευση / πηγή.

Το μέγεθος VGS που προκαλεί τη βέλτιστη αύξηση του ρεύματος αποστράγγισης ονομάζεται τάση κατωφλίου, υποδηλώνεται με το σύμβολο VT . Στα δελτία δεδομένων θα μπορείτε να το δείτε ως VGS (Th).

Όπως μάθαμε παραπάνω, λόγω της απουσίας ενός καναλιού στο VGS = 0, και «βελτιωμένο» με την εφαρμογή θετικής πύλης προς πηγή τάσης, αυτός ο τύπος MOSFET είναι γνωστός ως MOSFET τύπου ενίσχυσης.

Θα διαπιστώσετε ότι τόσο τα MOSFET τύπου εξάντλησης όσο και τύπου βελτίωσης εμφανίζουν περιοχές τύπου βελτίωσης, αλλά ο όρος Βελτιστοποίηση χρησιμοποιείται για το τελευταίο επειδή λειτουργεί ειδικά χρησιμοποιώντας έναν τρόπο λειτουργίας βελτίωσης.

Τώρα, όταν το VGS ωθείται πάνω από την τιμή κατωφλίου, η συγκέντρωση των δωρεάν φορέων θα αυξηθεί στο κανάλι όπου προκαλείται. Αυτό προκαλεί την αύξηση του ρεύματος αποστράγγισης.

Από την άλλη πλευρά, εάν διατηρήσουμε το VGS σταθερό και αυξήσουμε το επίπεδο VDS (τάση αποστράγγισης προς πηγή), αυτό θα προκαλέσει τελικά το MOSFET να φτάσει στο σημείο κορεσμού του, όπως θα συνέβαινε κανονικά και σε οποιοδήποτε JFET ή MOSFET εξάντλησης.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 5.33, το ID ρεύματος αποστράγγισης ισοπεδώνεται με τη βοήθεια μιας διαδικασίας τσίμπημα, που υποδεικνύεται από το στενότερο κανάλι προς το άκρο αποστράγγισης του επαγόμενου καναλιού.

Εφαρμόζοντας την εφαρμογή του νόμου περί τάσης του Kirchhoff στις τερματικές τάσεις του MOSFET στο Σχ. 5.33, λαμβάνουμε:

Εάν το VGS διατηρείται σταθερό σε μια συγκεκριμένη τιμή, για παράδειγμα 8 V, και το VDS αυξάνεται από 2 σε 5 V, η τάση VDG κατά Εξ. Το 5.11 φαίνεται να πέφτει από -6 σε -3 V, και το δυναμικό της πύλης να γίνεται όλο και λιγότερο θετικό σε σχέση με την τάση αποστράγγισης.

Αυτή η απόκριση απαγορεύει στους ελεύθερους φορείς ή τα ηλεκτρόνια να τραβηχτούν προς αυτήν την περιοχή του επαγόμενου καναλιού, το οποίο με τη σειρά του οδηγεί σε πτώση του πραγματικού πλάτους του καναλιού.

Τελικά, το πλάτος του καναλιού μειώνεται στο σημείο του pinch-off, φτάνοντας σε κατάσταση κορεσμού παρόμοια με αυτό που έχουμε ήδη μάθει στο προηγούμενο άρθρο MOSFET εξάντλησης.

Δηλαδή, η περαιτέρω αύξηση του VDS με ένα σταθερό VGS δεν επηρεάζει το επίπεδο κορεσμού της ταυτότητας, έως ότου επιτευχθεί μια κατάσταση βλάβης.

Κοιτάζοντας το Σχ. 5.34 μπορούμε να αναγνωρίσουμε ότι για ένα MOSFET όπως στο Σχ.5.33 με VGS = 8 V, ο κορεσμός λαμβάνει χώρα σε επίπεδο VDS 6 V. Για να είμαστε ακριβείς, το επίπεδο κορεσμού VDS σχετίζεται με το εφαρμοσμένο επίπεδο VGS με:

Αναμφίβολα, συνεπάγεται ότι όταν η τιμή VT είναι σταθερή, η αύξηση του επιπέδου του VGS θα προκαλέσει αναλογικά υψηλότερα επίπεδα κορεσμού για το VDS μέσω του τόπου των επιπέδων κορεσμού.

Αναφερόμενοι στα χαρακτηριστικά που φαίνονται στο παραπάνω σχήμα, το επίπεδο VT είναι 2 V, το οποίο είναι εμφανές από το γεγονός ότι το ρεύμα αποστράγγισης έχει μειωθεί στα 0 mA.

Επομένως συνήθως μπορούμε να πούμε:

Όταν οι τιμές VGS είναι μικρότερες από το επίπεδο κατωφλίου για MOSFET τύπου ενίσχυσης, το ρεύμα αποστράγγισης είναι 0 mA.

Μπορούμε επίσης να δούμε ξεκάθαρα στο παραπάνω σχήμα ότι όσο το VGS αυξάνεται υψηλότερα από VT σε 8 V, το αντίστοιχο επίπεδο κορεσμού για ID αυξάνεται επίσης από 0 έως 10 mA επίπεδο.

Επιπλέον, μπορούμε να παρατηρήσουμε περαιτέρω ότι το διάστημα μεταξύ των επιπέδων VGS αυξάνεται με την αύξηση της τιμής του VGS, προκαλώντας απεριόριστα αυξανόμενες αυξήσεις στο ρεύμα αποστράγγισης.

Διαπιστώνουμε ότι η τιμή ρεύματος αποστράγγισης σχετίζεται με την τάση πύλης προς πηγή για επίπεδα VGS που είναι μεγαλύτερη από το VT, μέσω της ακόλουθης μη γραμμικής σχέσης:

Ο όρος που εμφανίζεται αγκύλη τετράγωνου είναι ο όρος που είναι υπεύθυνος για τη μη γραμμική σχέση μεταξύ ID και VGS.

Ο όρος k είναι μια σταθερά και είναι συνάρτηση της διάταξης MOSFET.

Μπορούμε να μάθουμε την τιμή αυτής της σταθεράς k μέσω της ακόλουθης εξίσωσης:

όπου το ID (ενεργοποιημένο) και το VGD (ενεργοποιημένο) το καθένα είναι τιμές ειδικά ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της συσκευής.

Στην επόμενη Εικ. 5.35 παρακάτω, βρίσκουμε τα χαρακτηριστικά αποστράγγισης και μεταφοράς τοποθετημένα το ένα δίπλα στο άλλο για να διευκρινίσουν τη διαδικασία μεταφοράς μεταξύ τους.

Βασικά, είναι παρόμοιο με τη διαδικασία που εξηγήθηκε προηγουμένως για JFET και MOSFET τύπου εξάντλησης.

Ωστόσο, για την παρούσα περίπτωση πρέπει να θυμόμαστε ότι το ρεύμα αποστράγγισης είναι 0 mA για VGS VT.

Εδώ το ID μπορεί να δει ένα αξιοσημείωτο ποσό ρεύματος, το οποίο θα αυξηθεί όπως καθορίζεται από την Εξ. 5.13.

Σημειώστε, ενώ καθορίζουμε τα σημεία πάνω από τα χαρακτηριστικά μεταφοράς από τα χαρακτηριστικά αποστράγγισης, λαμβάνουμε υπόψη μόνο τα επίπεδα κορεσμού. Αυτό περιορίζει την περιοχή λειτουργίας σε τιμές VDS υψηλότερες από τα επίπεδα κορεσμού όπως καθορίζονται από την Εξ. (5.12).

p-Channel Enhancement-Type MOSFETs

Η δομή ενός τύπου MOSFET ενίσχυσης καναλιού p όπως φαίνεται στο Σχ. 5.37α είναι ακριβώς το αντίθετο από αυτό που φαίνεται στο Σχ. 5.31.

Σημασία, τώρα ανακαλύπτετε ότι ένα υπόστρωμα τύπου-n και περιοχές με ρ-ντοπαρίσματα κάτω από τις αρθρώσεις αποστράγγισης και πηγής.

Οι ακροδέκτες εξακολουθούν να είναι όπως έχουν καθοριστεί, αλλά κάθε μία από τις τρέχουσες κατευθύνσεις και τις πολικές τάσεις αντιστρέφονται.

Τα χαρακτηριστικά αποστράγγισης μπορούν να μοιάζουν όπως δίδεται στο Σχ. 5.37c, έχοντας αυξανόμενες ποσότητες ρεύματος που προκαλούνται από συνεχώς πιο αρνητικά μεγέθη VGS.

Τα χαρακτηριστικά μεταφοράς θα ήταν η καθρέφτη (γύρω από τον άξονα ταυτότητας) της καμπύλης μεταφοράς του Σχ. 5.35, έχοντας το ID να αυξάνεται με όλο και περισσότερες αρνητικές τιμές του VGS πάνω από το VT, όπως φαίνεται στο Σχ. 5.37b. Οι εξισώσεις (5.11) έως (5.14) είναι εξίσου κατάλληλες για συσκευές καναλιού p.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

• https://en.wikipedia.org/wiki/MOSFET
• https://hi.wikipedia.org/wiki/%E0%A4%AE%E0%A5%89%E0%A4%B8%E0%A4%AB%E0%A5%87%E0%A4%9F