ELE - Auditorne Vjezbe 07-2015

Elektronika

Auditorne vježbe 7

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu

Unipolarni tranzistor

• Tranzistor s efektom polja – Field Effect Transistor

• Unipolarni – u radu tranzistora sudjeluju ili elektroni ili šupljine.

• Elektrode:

– Uvod (Source)

– Odvod (Drain)

– Vrata – upravljačka elektroda (Gate)

• Dio tranzistora kroz koji teče struja – kanal:

– n-kanalni

– p-kanalni

2


Unipolarni tranzistori

• Podjela s obzirom na tehnološku izvedbu:

– Spojni unipolarni tranzistori – Junction FET

– Unipolarni tranzistori s izoliranim vratima:

• Insulated Gate FET

• Metal-Oxide-Semiconductor FET

• Zajedničko svojstvo FET-ova: velik ulazni otpor

3


Spojni unipolarni tranzistor - JFET

p-kanalni JFET

a) Struktura JFET-a

b) El. simbol

n-kanalni JFET

a) Struktura JFET-a

b) El. simbol

4


Potpuno otvoreni kanal

• UDS=0 i UGS=0

• Vodljivost:

5

L

wa

L

waNq

RG Dn

221

0

0


Širina kanala

• UDS=0, UGS≠0

• Širina barijere:

6

D

GSk

Nq

UUba

2


Napon dodira

• Napon pri kojem je širina kanala nula: b = 0.

7

D

GSk

Nq

UUa

02 2

2

2

0D

kGS

NqaUU

0

1GSk

GSk

UU

UUab

n-kanalni JFET

A

GSk

Nq

UUa

02 2

kA

GS UNqa

U

2

2

0

0

1GSk

GSk

UU

UUab

p-kanalni JFET


Izlazne karakteristike JFET-a

• Dva područja rada:

– Triodno područje

– Područje zasićenja

8


Dinamički parametri JFET-a (n-kanalni)

Parametar Područje Izraz

Strmina

Triodno

Zasićenje

Izlazna dinamička vodljivost

Triodno

Zasićenje

Faktor pojačanja

9

0

0

GSk

GSkDSGSk

mUU

UUUUUGg

0

0 1GSk

GSk

mUU

UUGg

0

0 1GSk

DSGSkd

UU

UUUGg

Dd Ig

d

m

g

g


Dinamički parametri JFET-a (n-kanalni)


Struja

Triodno

Zasićenje

10

GS0k

2

3

GSk2

3

GS0kGS0GS0Dzas

UU

)U(U)U(U

3

2UUGI

0

2

3

2

3

0

)()(

3

2

GSk

GSkDSGSkDSD

UU

UUUUUUGI


Dinamički parametri JFET-a (p-kanalni)


Strmina

Triodno

Zasićenje


Triodno

Zasićenje

Faktor pojačanja

11

0

0

GSk

GSkDSGSk

mUU

UUUUUGg

0

0 1

GSk

GSk

mUU

UUGg

0

0 1GSk

DSGSkd

UU

UUUGg

Dd Ig

d

m

g

g


Dinamički parametri JFET-a (p-kanalni)


Struja

Triodno

Zasićenje

12

0

2

3

2

3

000

)()(

3

2

GSk

GSkGSkGSGSDzas

UU

UUUUUUGI

0

2

3

2

3

0

)()(

3

2

GSk

GSkDSGSkDSD

UU

UUUUUUGI


Zadatak 25.

• Za silicijski n-kanalni JFET zadano je: NA=1017 cm-3, ND=1015 cm-3, a=3 µm, L/w=1, T=300 K. Odrediti:

a) Vodljivost potpuno otvorenog kanala;

b) Poluširinu b i vodljivost pri naponu UGS=1/2 UGS0.

Rješenje:

a) G0=1,33·10-4 A/V;

b) b=0,7725 μm; G=34,3·10-6 A/V .

13


Zadatak 26.

• Zadane su izlazne karakteristike silicijskog n-kanalnog JFET-a. Treba odrediti sve dinamičke parametre u točkama A i B, ako je poznato: NA=1,2·1017 cm-3, ND=2·1015 cm-3, a=2 µm, λ=0,01 V-1, T=300 K.

14

Rješenje: gmA=2,29 mA/V; gdA=0,137 mA/V; rdA=7,3 kΩ; μA=16,7; gmB=1,24 mA/V; gdB=0,02 mA/V; rdB=50 kΩ; μB=62,2.


Zadatak 27.

• Za silicijski p-kanalni FET zadano je: NA=1016 cm-3, ND=5·1017 cm-3, a=1 µm, w/L=10, T=300 K. Odrediti struju odvoda ID i strminu pri naponu UDS=-6 V i naponima UGS=0 V, i UGS=2 V.

Rješenje:

a) IDA=2,57 mA; gmA=0,826 mA/V;

b) IDB=1,2 mA; gmB=0,534 mA/V .

15


MOSFET

• Izvedbe:

– n-kanalni na p-podlozi

– p-kanalni na n-podlozi

• Podloga: Si (mala gustoća nečistoća)

• Područja uvoda i odvoda: Si (velika gustoća nečistoća), suprotnog tipa od podloge

• Kanal: dio poluvodiča između uvoda i odvoda

• Struja kroz kanal može teći samo ako je on istog tipa kao uvod i odvod – na podlozi se mora stvoriti inverzijski sloj.

16


Struktura MOSFET-a

• P-kanalni

17

Al kontakti

SiO2

kanal


Tipovi MOSFET-a

• Obogaćeni tip: potrebno je stvoriti inverzijski sloj (kanal)

– Obogaćeni mod

• Osiromašeni tip: inverzijski sloj je stvoren tehnološkim postupkom

– Obogaćeni mod – dodatno obogaćivanje kanala

– Osiromašeni mod – osiromašivanje kanala

18


Simbol MOSFET-a

19

• p-kanalni MOSFET na n-

podlozi

• n-kanalni MOSFET na p-

podlozi

UGS<UGS0<0 UGS<UGS0

0<UGS0

UGS>UGS0

0>UGS0

UGS>UGS0>0


Dinamički parametri MOSFET-a (n-kanalni)


Strmina

Triodno

Zasićenje


Triodno

Zasićenje

Faktor pojačanja

20

DSm UKg

0GSGSm UUKg

DSGSGSd UUUKg 0

Dd Ig

d

m

g

g

Lt

wK

ox

oxnk

0 …konstanta tranzistora


Dinamički parametri MOSFET-a (p-kanalni)


Strmina

Triodno

Zasićenje


Triodno

Zasićenje

Faktor pojačanja

21

DSm UKg

0GSGSm UUKg

DSGSGSd UUUKg 0

Dd Ig

d

m

g

g

Lt

wK

ox

oxpk

0 …konstanta tranzistora


Prijenosne karakteristike

22


Izlazne karakteristike

23

2

02

1DSDSGSGSD UUUUKI …triodno područje

202

GSGSD UUK

I …područje zasićenja


Zadatak 28.

• Zadana je prijenosna karakteristika MOSFET-a u zasićenju. Odrediti dinamičke parametre u točki T2. Zadano je: ND=1015 cm-3, εox=3,82, tox=0,1 µm, w/L=10, λ=0,01 V-1, T=300 K, a pokretljivost u kanalu je upola manja od pokretljivosti u podlozi.

24

Rješenje: K=7,64·10-5 A/V2; UGS0=-1,77 V; UGS2=-14,3 V; gm2=0,957 mA/V; gd2=0,06 mA/V; rd2=16,67 kΩ; μ2=15,96.


Zadatak 29.

• Za MOSFET čija je prijenosna karakteristika dana na slici, zadani su podaci: NA=5·1015 cm-3, εox=3,82, tox=0,1 µm, w/L=5, λ=0,01 V-1, T=300 K, µnk=1/2 µnV. Izračunati dinamičke parametre u točkama:

• UGS=6 V, UDS=1,8 V

• UGS=6 V, UDS=8 V

25

Rješenje: K=1,1·10-4 A/V2; 1) gm1=1,98·10-4 A/V; gd1=2,2·10-5 A/V; rd1=45,5 kΩ; μ1=9;

2) gm2=2,2·10-4 A/V; gd2=2,2·10-6 A/V; rd2=454,5 kΩ; μ2=100.

Documents

ELE - Auditorne Vjezbe 07-2015