FET ( Field Effect Transistor) - cvut.cz ... FET ( Field Effect Transistor) 1. Funkce...

Click here to load reader

  • date post

    15-Dec-2020
  • Category

    Documents

  • view

    5
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of FET ( Field Effect Transistor) - cvut.cz ... FET ( Field Effect Transistor) 1. Funkce...

  • Elektronika a Mikroelektronika A4B34EM

    5. přednáška

    • Unipolární tranzistory

    • JFET

    • MESFET

    • MOSFET

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    Tranzistory – základní rozdělení

    Unipolární tranzistory

    MESFET JFET MOSFET

    Z a

    b u

    d o

    v a

    n ý

    k a n á l

    I n

    d u

    k o

    v a

    n ý

    k a n á l

    O b

    o h

    a c o

    v a

    n ý

    k a n á l

    O c h

    u z o

    v a

    n ý

    k a n á l

    k a n á l N

    k a n á l P

    N M

    O S

    P M

    O S

    N M

    O S

    P M

    O S N P N P

    k a n á l P

    N P N P

    MOSFET - metal oxide field effect transistor semiconductor MESFET – Metal semiconductor field effect transistor JFET – junction field effect transistor

    Unipolární tranzistory Obecné vlastnosti

     Napětí na řídící elektrodě (gate) ovládá proud mezi elektrodami drain (D) a source (S)

     U všech typů je mezi elektrodami D-S tenký vodivý kanál typu n nebo p, jehož vodivost se ovládá elektrickým napětím přiloženým na řídící elektrodu G

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    FET ( Field Effect Transistor)

    1. Funkce závisí pouze na jednom typu nosičů (elektrony nebo díry)

    2. Součástka řízená napětím (napětí na řídícím hradle ovládá proud mezi D-S)

    3. Velmi vysoká vstupní impedance ( 109-1014 )

    4. Source a Drain je zaměnitelný

    5. Možnost funkce v tzv. Low Voltage Low Current módu 6. Menší šum ve srovnání s BJT 7. Žádná akumulace minoritních nosičů (Rychlé vypínání) 8. Velice malé rozměry, výhodné v integrovaných obvodech

    Výhody unipolárních tranzistorů:

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    Tranzistor JFET

     U tranzistorů JFET je řídící elektroda z polovodiče opačné vodivosti než kanál

     Od kanálu není elektricky oddělena a tvoří P-N přechod.

     Tento přechod je polarizován závěrně.

     Napětím na hradle se moduluje OPN (oblast prostorového náboje), čímž se řídí tloušťka kanálu a tudíž i jeho vodivost

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    P P +

    -

    +

    -

    +

    -

    N

    N

    Základní princip modulace kanálu JFETu

    Gate

    Drain

    Source

    OPN

  • Reálná struktura JFETu

     Průřez tranzistory JFET

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    Princip činnosti

     Při malém napětí UDS

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    OPN

    Princip činnosti

     Při nulovém napětí na hradle

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    OPN

    Výstupní charakteristiky JFETus kanálem N.

    Odporová oblast (režim):

    Proud drainem je dán:

       

      

     

    2

    2 2

    2

    DS DSPGS

    P

    DSS DS

    U UUU

    U

    I I

    2

    1  

      

     

    P

    GS DSSDS

    U

    U II

    Kde IDSS proud drainem při UG = 0, VP prahové napětí

    Výstupní charakteristiky a režimy JFET

    Oblast saturace:

     PGSDS UUU 

     PGSDS UUU 

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    Převodní charakteristika

     JFET s kanálem N pro UDS = 10V

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    Mezní parametry JFETu

     Průrazné napětí UDS maximální ztrátový výkon PDmax Maximální proud IG

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

  • Základní zapojení JFET

     Zdroj proudu

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    Zdroj proudu IDSS

    Zdroj proudu ID

  • Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    Struktura tranzistoru PMOS

    P+ P+

    S D

    L

    G

    Oxid SiO2

    PolySi Gate

    Difúzní oblast drainu

    Difúzní oblast source

    Substrát N

    Kanál P

    Indukovaný Zabudovaný

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    MOS před spojením jednotlivých částí

    oxid

    dox

    P NA

    Evac

    eUB

    Ec

    EFs Ev

    es

    es

    Ei

    KOV

    EFm

    em

    Pásová struktura:

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    MOS struktura bez napětí

    dox

    Kov oxid p NA

    + + +

    - - -

    xd

    QG QD

    eUs Evac

    eUB

    Ec

    EFs Ev

    es

    es

    Ei EFm

    em

    eUbi eUox

    Ubi=s- m

    pp

    np

    pp0

    npo

    ppnp=ni 2

    x

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    Vznik inverzní vrstvy – vodivého kanálu

    N+ N+

    S D

    VG

    Substrát N

    h h h h h h

    h

    OPN

    Díry

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    MOS struktura + malé napětí na gate UGS < UT

    eUB

    e(Ubi+UG)

    Kov oxid p

    dox

    + + +

    - - -

    xd

    QG

    QD

    + +

    - - +VG

    Evac

    Ec

    EFs Ev

    es

    es

    Ei

    EFm

    em

    eUox

    eUs

    Ubi=s- m

    eUG

    USUB

    Ochuzená oblast

    pp

    np

    pp0

    npo

    x

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    MOS struktura - malé napětí na gate UGS < UT + vznik inverzní vrstvy

    pp

    np

    pp0

    npo

    UB

  • Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    MOS struktura – inverzí vodivost napětí a náboje

    kov oxid p

    dox

    + + +

    - - -

    xd QG QD

    + +

    - -

    +UG UB UT

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    S nenulovým napětím UDS

    N+ N+

    S D

    e e e e e e

    L

    UDS

    G

    UGS

    UGS > UT

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

    e

    L

    Lef

    N+ N+

    S G

    D Poly Si Oxid

  • Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

     Kolektorový proud (Drain Current):

    Lineární oblast ID

    UDS

    UGS1

    UGS2

    UGS3

    U G

    S 1 - U

    t

    U G

    S 2 - U

    t

    U G

    S 3 - U

    t

    N+ N+

    S D

    e e e e e e

    0 x L

    UDS G

    UGS

       

      

     

      

     

    2

    2

    DS DStGSoxnD

    U UUU

    L

    W CI 

    Lineární oblast: (UGS > Ut, UDS < UGS - Ut) (Triode region)

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

     Kolektorový proud (Drain Current):

    Saturační oblast ID

    UDS

    UGS1

    UGS2

    UGS3

    U G

    S 1 - U

    t

    U G

    S 2 - U

    t

    U G

    S 3 - U

    t

    N+ N+

    S D

    e e e e e

    0 x L

    VDS G

    VGS

    Saturační oblast: (UGS>Ut, UDS >UGS - Ut) (Active region)

    p

    n n+ drain

     2tGSoxnD UU L

    W CI 

      

      

    Zaškrcení kanálu

    Jiří Jakovenko – Elektronika a Mikroelektronika - Katedra mikroelektroniky – ČVUT FEL

     Kolektorový proud (Drain Current):

     Proud Id s modulací délky kanálu - Drain current (with channel

    length modulation):

     Transkonduktance (Transconductance):

     2tGSoxnD UU L

    W CI 

      