MOSFET
Előadás 4 MOSFET
1. osztályozása térvezérlésű tranzisztorok
4. Az építési és jellemzői a magas MOSFET
4. A szigetelt-kapu bipoláris tranzisztor
1. osztályozása térvezérlésű tranzisztorok
Térvezérlésű tranzisztor (FET) - félvezető eszköz, amelyben a jelenlegi ellenőrzési végzünk vezetőképességének változását a vezető csatorna révén a keresztirányú elektromos mező. Ellentétben bipoláris jelenlegi FET okozta áramlás többségi töltéshordozók.
FET elektródák nevezzük a forrás (S), lefolyó (C) és a kapu (G). A vezérlő feszültséget között a kapu és a forrás. A feszültség a kapu és a forrás függ vezetőképessége a csatorna, így az összeg a jelenlegi. Így a térvezérlésű tranzisztor lehet tekinteni, mint egy áramforrás, gate-feszültség-vezérelt. Ha az amplitúdó a változás a vezérlő jel elegendően nagy, a csatorna ellenállás változhat nagyon széles határok között. Ebben az esetben a FET lehet használni, mint egy elektronikus kulcsot.
Konstrukciójukból FET lehet két csoportra oszthatók:
egy kontroll p-n átmenet;
fém kapu szigetelve a csatorna által egy szigetelő. A tranzisztorok a második típus az úgynevezett MISFET (Metal -
Szigetelő - félvezető). A legtöbb esetben, a dielektromos szilícium-dioxid SiO 2. ezért általánosan használt neve MOSFET (Fém - oxid - félvezető).
A vezetőképesség a csatorna a FET lehet elektron vagy lyuk. Ha a csatorna elektronvezetőképességgel, utalt a N- csatornát tranzisztor. Csatorna tranzisztor p vezetési típusú, úgynevezett p- csatornát. A MOSFET csatorna dúsított vagy szegényített töltéshordozók őket. Így a „térvezérlésű tranzisztor” magában foglalja a hat különböző típusú félvezető eszközök.
MOSFET széles körben használják a modern teljesítmény elektronika. Összehasonlítva más félvezető
eszközök, mint például bipoláris tranzisztorok, illetve tirisztorok, ezek a következő előnyökkel jár:
1. Kis kapcsolási idő, és így kisebb kapcsolási veszteségek;
2. Alacsony elfogyasztott villamos energia váltás;
4. Az a képesség, hogy használja a jól bevált gyártási MOS integrált áramkör technológiákat.
Fő alkalmazások nagy teljesítményű MOS tranzistoov - elektromos hajtóművek AC frekvenciaváltók electrotechnological berendezések másodlagos energiaforrások. Ezek az eszközök elsősorban MOSFET indukált csatornát. Ezért a jövőben figyelembe kell venni, elsősorban éppen az ilyen eszközök.
MOS tranzisztor egy indukált csatornát. Transistor szerkezet n-típusú indukált csatorna ábrán látható. 4.1 is. Ábra. 4.1b adta feltételes grafikus jelöléssel. A szubsztrát szolgál (p-típusú szilícium kristály. A MOS tranzisztorok egy további kimenete a szubsztrátum. A fém kapu elválasztjuk a félvezető, dielektromos anyagú réteg. A dielektromos réteg szilícium-dioxidot alkalmazunk 0,002-0,05 mikron vastagságú termesztenek a felületén N- típusú szilícium. Areas fénykép és a forrás adalékolt több, mint egy csatornát, és a jelölt n +.
Csatorna csak akkor következik be, amikor az a gate feszültsége egy bizonyos polaritás. Nulla feszültség elérhető csatornát. Így között a lefolyóba, és forrás tartalmaz két hátsó előfeszítve p-N- csomópont. Egy p-N- csomópont a határfelületen alakul ki a hordozó és a lefolyó, és a másik - a hordozó és a forrás. Így, nulla gate feszültség az ellenállást a lefolyó és a forrás igen nagy, a lefolyó aktuális elhanyagolható, és a tranzisztor van cut-off állapotban.
Ha a kapu-forrás feszültség forrás van kapcsolva (ábra. 4.2), az elektromos mező kitolja az exponáló lyuk a felszínen a hordozóréteg és vonzza az elektronokat ebben a rétegben. Ennek eredményeként, a szubsztrát régió szomszédos a dielektromos, egy folytat N-típusú csatornák. Egy ilyen csatorna az indukált. A növekvő pozitív gate-forrás feszültség U kommunikációs növeli az elektron koncentráció a csatorna, így növelve a vezetőképességét.


Ha a lefolyóba, és a forrás pozitív feszültséget kapcsolunk, a csatorna által indukált leeresztő aktuális bekövetkezik. Ennek értéke függ a feszültség U kommunikációt. és a leeresztő-forrás feszültség U B. gate feszültség, amelynél van egy érzékelhető leeresztő áram, az úgynevezett küszöb és jelöljük U 0. A küszöb feszültség a MOS tranzisztor n-típusú indukált csatorna pozitív. Értéke a modern, nagy teljesítményű MOS tranzisztorok 2-4 V.
Minél nagyobb a kapu-forrás feszültség meghaladja a küszöbértéket, a nagyobb az elektronok száma szívódik be a csatorna, növelve annak vezetőképességét. Ha a lefolyó-forrás feszültség kicsi, a vezetőképessége a csatorna különbséggel arányos kommunikációs U - U 0.
Ha a lefolyó-forrás feszültség meghaladja a telítési feszültség Us = U U kommunikációs - U 0. tranzisztor megy telítésbe üzemmódba leállítjuk, és a jelenlegi növekedési. Ennek oka az, hogy a feszültség a kapu és a csatorna felületének csökken az áramlás irányában. Közel a forrás, ez egyenlő U link. és a környéken fotó - különbség U kommunikáció - U B. Ezért, növelve a feszültség U B szakasza a csatorna felé csökken a lefolyó, és ellenállását növeli. Ha az értékek az U B. meghaladó telítési feszültség, a csatorna le van tiltva, és a leeresztő jelenlegi
változatlan. Nyilvánvaló, hogy az egyes értékek
annak értéke a telítési feszültség.
A család kimeneti jellemzői a tranzisztor indukált csatorna ábrán látható. 4.4. A kimeneti jellemzőket lehet azonosítani lineáris (trióda) régió, a cutoff és telítési tartományban. A határ közötti lineáris régió és a telítési tartományban ábrán látható. 4.3 szaggatott vonal.
A cutoff üzemmódban kommunikációs U
A lineáris (trióda) üzemmódban kommunikációs U> 0. U és drain-forrás feszültség nem haladja meg a telítési feszültség
B U £ U van U = kommunikációs - U 0.
A kimeneti jellemző egy része, amely megfelel a lineáris rendszert közelítjük az expressziós
Az I = b [(U kommunikációs - U 0) U B - 0,5 U B 2].
A (4.2) ji - felszín alatti hordozót mobilitás, C 0 - fajlagos kapacitás
Kapu-csatorna, L - hossz, W - csatorna sávszélesség.
Ha a lefolyó-forrás feszültség kicsi, mivel gyakran a pulzus, és a kulcs rendszerek másodfokú kifejezés (4.1) el lehet hanyagolni. Ebben az esetben kapunk egy lineáris összefüggés:
Az I = b (U kommunikációs - U 0) U B.
A mennyiség b (U kommunikációs - U 0) nevezik a csatorna vezetőképessége. és kölcsönös - csatorna ellenállás:
R B = b (U link 1 - U 0).
Így, alacsony drain-forrás feszültség a MOS tranzisztor egyenértékű lineáris ellenállás, amelynek ellenállása szabályozza a kapu feszültség. Az ellenállás az ekvivalens ellenállás változhat tíz ohm több tíz megaohm. Ha U kommunikáció
telítési üzemmódban MOSFET indukált csatornát akkor fordul elő, ha a kommunikáció U> 0. U és a lefolyó-forrás feszültség meghaladja a telítési feszültség
U B ³ U US = U kommunikációs - U 0.
A ág kimeneti telítési jellemzői vannak elrendezve majdnem vízszintesen, azaz. E. Drain-áram gyakorlatilag független a feszültség U B. Így a telítettség mód MOSFET csatorna
nagy ellenállást, és a tranzisztor egyenértékű egy áramforrás által vezérelt kapu-forrás feszültség.

FIELD telítettség működik, ha a tranzisztor használják jelek felerősítésére. Területek Cutoff és lineáris használni, amikor a tranzisztor működik billentyű módot.
Az átviteli karakterisztika a MOS tranzisztor az indukált csatorna ábrán látható. 4.4. Nulla kapufeszültség drain áram nulla. Jelentősebb jelenlegi úgy tűnik, amikor a kapu feszültség túllépi a küszöbértéket a U 0.
Az átviteli karakterisztika a MOS tranzisztor telítési tartományban közelítjük az expressziós
Konkrét meredekség MOSFET határozza meg a kifejezés (4.2).
MOSFET integrált csatornát. A szerkezet a beépített MOPtranzistora N- csatorna típus ábrán látható. 4.5 is. Ábra. 4.5, b kap annak hagyományos grafikus szimbólumot. A szubsztrát (p-típusú szilícium kristály) arra szolgál, hogy hozzon létre benne n-típusú csatornák.
Alkalmazása során a negatív feszültség a kapu a fém kapu elektróda negatív töltésű. Y szomszédos a dielektromos csatorna felületének kiürített réteg képződik. A szélessége a kiürített réteg függ a feszültség U kommunikációt. Egy ilyen üzemmód az MOS tranzisztor, ha a koncentráció a hordozók a csatorna kisebb, mint az egyensúlyi érték, az úgynevezett kimerülése módban. Egy bizonyos érték a negatív feszültség U kommunikációs csatorna teljesen kimerült réteg van fedve és a jelenlegi leáll. Ez a feszültség az úgynevezett kikapcsolási feszültsége a MOSFET egy beépített csatorna és jelöljük U UTS.

Forrás n + (szilícium)
Jelenlegi MOSFET integrált csatorna nulla gate feszültség nem nulla, az úgynevezett kezdeti I elején. Ha U kapcsolatban> 0. Az elektronok száma a csatorna növekszik. Ez növeli a csatorna vezetőképessége. Egy ilyen üzemmód a tranzisztor integrált csatorna, ahol a hordozó koncentrációja a csatorna nagyobb, mint az egyensúlyi állapotban az úgynevezett dúsítás.
Tehát egy MOS tranzisztor egy beépített csatorna lehet működtetni kimerülése módban vagy kiemelő módban, egy pozitív feszültség U linkre. Kimeneti jellemzők MOPtranzistora n-típusú beágyazott csatorna ábrán látható. 4.6.

Az átviteli karakterisztika a MOSFET egy beépített csatorna ábrán látható. 4.7.
A kezdeti értéke a leeresztő aktuális a MOSFET integrált csatorna által meghatározott expressziós
Nach I c = μ C 0 W L U 0 2.
Itt μ - felszín alatti hordozót mobilitás, C 0 - fajlagos kapacitás a kapu-csatorna. A csatorna hossza L egyenlő a távolság a forrás és nyelő régiók és a W szélessége - a hossza ezekben a régiókban.

4. Az építési és jellemzői a magas MOSFET
Teljesítmény MOSFET az eredménye az integrált MOS technológiával. Hogy ki kell dolgozni az ilyen eszközök az motiválta, hogy a teljesítmény bipoláris tranzisztorok igényel nagy vezérlő áramot, és korlátozott teljesítmény.
A szerkezet a kis teljesítmény MOSFET, a fent tárgyalt, nem alkalmas a teljesítmény elektronikai eszközök. MOPtranzistora csatorna aktuális működési szaturációs üzemmódban határozzuk meg képletű (4,3). Ahhoz, hogy növeli a jelenlegi szükséges, hogy növeljék a W-arány L. csökkentése ugyanakkor a csatorna hossza L csökkenéséhez vezet a letörési feszültséget. Ezért, a vízszintes mintázat ábrán látható. 4.1 nem alkalmas hálózati eszközök, ahol a lefolyó-forrás feszültség elérheti a több száz voltos.
Teljesítmény MOS tranzisztorok van egy függőleges szerkezet (ábra. 4.8). A leeresztő elektród alján található, és nem egy síkban a forrást, mivel az alacsony teljesítmény MOSFET. Az eszköz tartalmaz egy enyhén szennyezett n - - régió, amely egy nagyfeszültségű között a lefolyó és a forrás.
Ha a kapu-forrás feszültség meghaladja a küszöb feszültség U 0. alatt a dielektromos réteg a P- területeken felmerül vízszintes vezető csatornát. A hossza egyenlő L (ábra. 4.8)
Az elektronok áramlását, a kialakult csatornákat és az N - - hiányzik a réteg nyelőtartomány. elektronok áramlási irány ábrán látható. 4.8 szaggatott vonal
A csatorna hossza L a MOS tranzisztor egy ilyen konstrukció 1-2 mikron. Ugyanakkor, a letörési feszültséget a lefolyó és a forrás elérheti a több száz voltos, és a forrás jelenlegi - tíz amper. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a tértöltési található főleg a gyengén szennyezett drain, és nem befolyásolja a csatorna. A maximális lefolyó-forrás feszültség mértékétől függ a dopping n - - a réteg és annak vastagságát.
A szerkezet a teljesítmény MOSFET jelentősen eltér a kis jel tranzisztort tartalmaz. Ugyanakkor, a jellemzői a készülékek hasonlóak. A küszöb feszültsége teljesítmény MOSFET értéke 2 és 4 V. A telítési üzemmódban, közötti kommunikáció a leeresztő jelenlegi és a gate-forrás feszültség határozza meg (4.3) egyenlettel. Azonban a nagy értékeket U feszültség kommunikációs átviteli karakterisztikáját szinte lineáris. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a növekvő drain-source feszültséget, az elektromos mező a csatorna elér egy kritikus értéket, és a sebesség a töltéshordozók növekedése megáll (sebesség telítettség hatás).
A lineáris régióban az átutalás jellemző a leeresztő aktuális adják
I C = C 0 1 február WV egy (U kommunikációs - U 0).
Itt V be - telítettség hordozó sebesség. ez megközelítőleg azonos az elektronok és a lyukak, és kb 10 5 m / s.
Az átadás konduktancia a MOS tranzisztor g m arányos a csatorna szélessége W. Amint teljesítményű készülékek viszonylag nagy geometriai méretei, a nagy és a transzfer vezetőképesség.
Erőteljes MOS tranzisztorok működnek előnyösen a kulcs üzemmódban. Ezért a csatorna ellenállása nyitott állapotában a legfontosabb paraméterek számukra, valamint be- és kikapcsolására.
A kisfeszültségű függőleges MOS tranzisztorok vastagsága n - - a réteg kicsi, és a fő aránya a csatorna ellenállás csak erősen adalékolt n + - réteg. A tranzisztorok névleges drain-forrás feszültség a 100 V-os fő hozzájárulása a csatorna ellenállás hozzájárul n - - réteg.
Design modern MOS tranzisztorok csökkentheti csatorna ellenállása kártyák kevesebb, mint 0,1 ohm. Az ilyen alacsony ellenállású, hogy többcsatornás szerkezetek, amelyekben párhuzamos csatornák vannak csatlakoztatva. A csatornák száma ugyanakkor lehet akár több ezer. Párhuzamos ellenállás a MOS tranzisztor csatornák lehetséges, mert a hőmérséklet emelkedésével a csatorna ellenállás növekszik. Ha bármilyen okból kifolyólag a jelenlegi az egyik csatorna növekszik, nő, és annak hőmérsékletét. Ez növelni fogja a csatorna ellenállása és csökken a jelenlegi. Így, párhuzamosan kapcsolva a MOS tranzisztor csatornákat biztosított automatikusan azonos áramok.
Az előnye, hogy nagy teljesítmény MOSFET bipoláris előtt van a nagy kapcsolási sebesség (1-10 ns 1 ms a bipoláris eszközök) és alacsony fogyasztású költött kezelése.