ลองใช้เครื่องมือของเราเพื่อกำจัดปัญหา





FET สองประเภทหลักที่มีอยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ : JFET และ MOSFET

มอสเฟตสามารถแบ่งออกเป็นประเภทพร่องและ ประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพ ทั้งสองประเภทนี้กำหนดโหมดพื้นฐานของการทำงานของ MOSFET ในขณะที่คำว่า MOSFET นั้นเป็นคำย่อของทรานซิสเตอร์โลหะ - ออกไซด์ - เซมิคอนดักเตอร์ - ฟิลด์ - เอฟเฟกต์



เนื่องจากทั้งสองประเภทมีลักษณะการทำงานที่แตกต่างกันเราจะประเมินแต่ละประเภทแยกกันในบทความต่างๆ

ความแตกต่างระหว่าง Enhancement และ Depletion MOSFET

โดยทั่วไปแล้วไม่เหมือนกับ MOSFET ที่เพิ่มประสิทธิภาพ MOSFET ที่พร่องอยู่ในสถานะออนแม้จะมี 0 V ข้ามขั้วเกตต่อซอร์ส (VGS)



สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพ MOSFET แรงดันเกต - ทู - ต้นทาง (VGS) จะต้องสูงกว่าแรงดันเกต - ทู - ต้นทาง (VGS (th)) เพื่อที่จะดำเนินการ .

อย่างไรก็ตามสำหรับ MOSFET พร่อง N-channel ค่า VGS (th) จะสูงกว่า 0 V ซึ่งหมายความว่าแม้ว่า VGS = 0 V MOSFET ที่พร่องก็สามารถนำกระแสได้ หากต้องการปิด VGS ของ MOSFET ที่พร่องจะต้องลดลงด้านล่าง VGS (th) (ค่าลบ)

ในบทความปัจจุบันนี้เราจะพูดถึง MOSFET ประเภทพร่องซึ่งกล่าวกันว่ามีลักษณะที่ตรงกับ JFET ความคล้ายคลึงกันระหว่างจุดตัดและความอิ่มตัวใกล้ IDSS.

การก่อสร้างขั้นพื้นฐาน

N-Channel MOSFET ชนิดพร่อง

มะเดื่อ 5.23 แสดงโครงสร้างภายในพื้นฐานของ MOSFET ประเภทการพร่อง n-channel

เราสามารถหาบล็อกของวัสดุประเภท p ที่สร้างขึ้นโดยใช้ฐานซิลิกอน บล็อกนี้เรียกว่าสารตั้งต้น

วัสดุพิมพ์คือฐานหรือฐานรากที่สร้าง MOSFET สำหรับ MOSFET บางตัวจะเชื่อมโยงภายในกับเทอร์มินัล 'ต้นทาง' นอกจากนี้อุปกรณ์จำนวนมากยังมีเอาต์พุตพิเศษในรูปแบบของ SS ซึ่งมี MOSFET แบบ 4 เทอร์มินัลดังที่เปิดเผยในรูปที่ 5.23

ท่อระบายน้ำและขั้วต้นทางเชื่อมต่อผ่านหน้าสัมผัสที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าไปยังตำแหน่งที่เจือด้วย n และต่อเข้าด้วย n-channel ตามที่ระบุในรูปเดียวกัน

ประตูยังเชื่อมต่อกับชั้นโลหะแม้ว่ามันจะถูกหุ้มฉนวนจากช่อง n ผ่านชั้นดีของซิลิกอนไดออกไซด์ (SiOสอง).

SiOสองมีคุณสมบัติเป็นฉนวนรูปแบบเฉพาะที่เรียกว่าอิเล็กทริกซึ่งสร้างสนามไฟฟ้าตรงข้ามภายในตัวเองเพื่อตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าที่ใช้ภายนอก

เป็นชั้นฉนวนวัสดุ SiOสองให้ข้อมูลสำคัญต่อไปนี้แก่เรา:

การแยกที่สมบูรณ์ได้รับการพัฒนาระหว่างขั้วประตูและช่องมอสเฟ็ทด้วยวัสดุนี้

นอกจากนี้ยังเป็นเพราะ SiOสองประตูของมอสเฟตสามารถมีความต้านทานอินพุตที่สูงมาก

เนื่องจากคุณสมบัติอิมพีแดนซ์อินพุตสูงที่สำคัญนี้กระแสเกต Iแทบจะเป็นศูนย์แอมป์สำหรับการกำหนดค่า MOSFET ที่มีอคติแบบ dc

การทำงานพื้นฐานและลักษณะเฉพาะ

N-Channel MOSFET ชนิดพร่องที่มี VGS = 0 V และแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ VDD

AS สามารถดูได้ในรูปที่ 5.24 แรงดันเกตไปยังแหล่งกำเนิดได้รับการกำหนดค่าที่ศูนย์โวลต์โดยเชื่อมต่อขั้วทั้งสองเข้าด้วยกันในขณะที่แรงดันไฟฟ้า VDSถูกนำไปใช้กับท่อระบายน้ำและขั้วต้นทาง

ด้วยการตั้งค่าข้างต้นด้านท่อระบายน้ำจะสร้างศักย์ไฟฟ้าเชิงบวกโดยอิเล็กตรอนอิสระ n-channel พร้อมกับกระแสไฟฟ้าที่เท่ากันผ่านช่อง JFET นอกจากนี้ V ปัจจุบันที่เป็นผลลัพธ์GS= 0V ยังคงถูกระบุเป็น IDSSดังแสดงในรูปที่ 5.25

ลักษณะการระบายและการถ่ายโอนสำหรับ MOSFET ชนิดพร่อง n-channel

เราจะเห็นได้ว่าในรูปที่ 5.26 แรงดันไฟฟ้าประตู VGSได้รับศักยภาพเชิงลบในรูป -1V

ศักย์ลบนี้พยายามบังคับให้อิเล็กตรอนเข้าหาสารตั้งต้น p-channel (เนื่องจากประจุขับไล่) และดึงรูจากพื้นผิว p-channel (เนื่องจากประจุตรงข้ามดึงดูด)

การลดผู้ให้บริการฟรีในช่องสัญญาณเนื่องจากศักยภาพเชิงลบที่ขั้วประตู

ขึ้นอยู่กับว่าอคติเชิงลบนี้มีขนาดใหญ่เพียงใด VGSคือการรวมตัวกันของหลุมและอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้นอีกครั้งซึ่งส่งผลให้อิเล็กตรอนอิสระลดลงในช่อง n ที่มีอยู่สำหรับการนำ ระดับอคติเชิงลบที่สูงขึ้นส่งผลให้อัตราการรวมตัวใหม่สูงขึ้น

กระแสท่อระบายน้ำจึงลดลงเมื่อสภาวะอคติเชิงลบข้างต้นเพิ่มขึ้นซึ่งพิสูจน์แล้วในรูปที่ 5.25 สำหรับ VGSระดับ VGS= -1, -2 และอื่น ๆ จนกระทั่งเครื่องหมายบีบออกของ -6V

กระแสท่อระบายน้ำเป็นผลมาจากพล็อตเส้นโค้งการถ่ายโอนจะดำเนินการเช่นเดียวกับของ JFET

ตอนนี้สำหรับค่าบวก VGSค่าประตูบวกจะดึงดูดอิเล็กตรอนส่วนเกิน (พาหะอิสระ) จากพื้นผิวชนิด p เนื่องจากกระแสรั่วไหลย้อนกลับ สิ่งนี้จะสร้างพาหะใหม่โดยวิธีการชนกันของอนุภาคที่เร่งความเร็ว

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าจากประตูสู่แหล่งกำเนิดมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นในอัตราที่เป็นบวกกระแสระบายจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วดังที่พิสูจน์แล้วในรูปที่ 5.25 ด้วยเหตุผลเดียวกับที่กล่าวไว้ข้างต้น

ช่องว่างที่พัฒนาขึ้นระหว่างเส้นโค้งของ VGS= 0V และ VGS= +1 แสดงจำนวนที่กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนเนื่องจากรูปแบบ 1 - V ของ VGS

เนื่องจากกระแสระบายเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเราจึงต้องระมัดระวังเกี่ยวกับพิกัดกระแสสูงสุดมิฉะนั้นอาจข้ามขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าประตูบวกได้

ตัวอย่างเช่นสำหรับประเภทอุปกรณ์ที่แสดงในรูปที่ 5.25 ให้ใช้ VGS= + 4V จะทำให้กระแสระบายเพิ่มขึ้นที่ 22.2 mA ซึ่งอาจข้ามขีด จำกัด การสลายสูงสุด (กระแส) ของอุปกรณ์

เงื่อนไขข้างต้นแสดงให้เห็นว่าการใช้แรงดันเกต - ทู - ซอร์สที่เป็นบวกจะสร้างผลกระทบที่เพิ่มขึ้นต่อปริมาณของพาหะอิสระในช่องสัญญาณเมื่อเทียบกับเมื่อ VGS= 0V.

นี่คือเหตุผลที่บริเวณแรงดันไฟฟ้าประตูบวกบนท่อระบายน้ำหรือลักษณะการถ่ายโอนโดยทั่วไปเรียกว่า ภูมิภาคการเพิ่มประสิทธิภาพ . พื้นที่นี้อยู่ระหว่างจุดตัดและระดับความอิ่มตัวของ IDSSหรือบริเวณพร่อง

การแก้ปัญหาตัวอย่าง

ข้อดีและการใช้งาน

ตรงกันข้ามกับ MOSFET ในโหมดการเพิ่มประสิทธิภาพซึ่งเราพบว่ากระแสท่อระบายน้ำลดลงเป็นศูนย์เพื่อตอบสนองต่อแรงดันเกตไปยังแหล่งที่เป็นศูนย์ FET โหมดการพร่องที่ทันสมัยจะมีกระแสไฟฟ้าที่สังเกตเห็นได้โดยมีแรงดันเกตเป็นศูนย์ เพื่อความแม่นยำความต้านทานจากท่อระบายน้ำไปยังแหล่งกำเนิดมักจะเป็น 100 โอห์มในแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์

ตามที่ระบุไว้ในกราฟด้านบน rds ต้านทาน ON(บน)เทียบกับช่วงสัญญาณอะนาล็อกดูเหมือนการตอบสนองแบบแบน คุณลักษณะนี้ร่วมกับระดับความจุต่ำของอุปกรณ์ประเภทการพร่องขั้นสูงเหล่านี้ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสวิตช์อะนาล็อกสำหรับแอปพลิเคชันการสลับเสียงและวิดีโอ

แอตทริบิวต์ 'ปกติ-on' ของโหมดพร่องของ MOSFET ช่วยให้อุปกรณ์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับตัวควบคุมกระแส FET เดียว

ตัวอย่างวงจรดังกล่าวสามารถดูได้ในรูปต่อไปนี้

ค่า Rs สามารถกำหนดได้โดยใช้สูตร:

เอส= VGSปิด[1 - (I/ผมDSS)1/2] / ผม

ที่ไหน ผม คือปริมาณกระแสที่ควบคุมที่ต้องการที่เอาต์พุต

ข้อได้เปรียบหลักของ MOSFET ในโหมดพร่องในแอปพลิเคชันแหล่งที่มาในปัจจุบันคือความจุของท่อระบายน้ำที่น้อยที่สุดซึ่งทำให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ให้น้ำหนักในวงจรการรั่วไหลของอินพุตต่ำความเร็วปานกลาง (> 50 V / us)

รูปด้านล่างแสดงฟรอนต์เอนด์ดิฟเฟอเรนเชียลกระแสไฟเข้า - รั่วต่ำโดยใช้ FET ฟังก์ชันการรั่วไหลต่ำสองเท่า

โดยทั่วไปแล้ว JFET ด้านใดด้านหนึ่งจะมีอคติที่ ID = 500 uA ดังนั้นปัจจุบันที่สามารถหาได้สำหรับการชดเชยการชาร์จและความจุแบบหลงทางจะถูก จำกัด ไว้ที่ 2ID หรือในกรณีเช่นนี้คือ 1.0 mA คุณสมบัติที่เกี่ยวข้องของ JFET ได้รับการพิสูจน์แล้วและมั่นใจได้ในเอกสารข้อมูล

Cs เป็นสัญลักษณ์ของความจุเอาท์พุทของแหล่งกำเนิดกระแส 'หาง' ขั้นตอนอินพุต ความจุนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านเนื่องจากขั้นตอนอินพุตมีการแลกเปลี่ยนสัญญาณที่สำคัญทั่วทั้งเครือข่ายนี้และกระแสการชาร์จใน Cs อาจมีขนาดใหญ่ ในกรณีที่ใช้แหล่งกระแสไฟฟ้าปกติความจุหางนี้อาจเป็นสาเหตุของการเสื่อมสภาพของอัตราการฆ่าที่เห็นได้ชัดเจนในวงจรที่ไม่กลับด้าน (เมื่อเทียบกับแอปพลิเคชั่นกลับด้านซึ่งกระแสไฟใน Cs มักจะน้อยที่สุด)

อัตราการลดลงอาจแสดงเป็น:

1 / 1+ (Cs / Sc)

ตราบใดที่ Cs ต่ำกว่า Cc (ตัวเก็บประจุชดเชย) อัตราการฆ่าอาจจะไม่เปลี่ยนแปลง การทำงานกับ DMOS FET Cs จะอยู่ที่ประมาณ 2 pF กลยุทธ์นี้ทำให้อัตราการฆ่าดีขึ้นอย่างมาก ในกรณีที่ต้องการการขาดดุลในปัจจุบันสูงกว่า 1 ถึง 5 mA อุปกรณ์อาจถูกทำให้เอนเอียงเข้าสู่โหมดการเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อสร้างได้มากถึง 20 mA สำหรับ VGS สูงสุดที่ +2.5 V โดยที่ความจุเอาต์พุตขั้นต่ำยังคงเป็นประเด็นสำคัญ

แอปพลิเคชั่นถัดไปด้านล่างแสดงวงจรแหล่งกำเนิดกระแสโหมดการปรับปรุงที่เหมาะสม

สวิตช์อะนาล็อกแบบ 'ปกติ -on' สามารถสร้างขึ้นสำหรับข้อกำหนดที่จำเป็นต้องมีเงื่อนไขมาตรฐานในระหว่างที่แรงดันไฟฟ้าขัดข้องตัวอย่างเช่นในเครื่องมือทดสอบต่างๆโดยอัตโนมัติหรือเพื่อให้แน่ใจว่าวงจรลอจิกเริ่มต้นอย่างถูกต้องเมื่อเปิดสวิตช์

แรงดันไฟฟ้าขีดลบที่ลดลงของอุปกรณ์มีข้อกำหนดเบื้องต้นของไดรฟ์พื้นฐานและอนุญาตให้ทำงานโดยใช้แรงดันไฟฟ้าน้อยที่สุด

วงจรด้านล่างแสดงให้เห็นถึงปัจจัยอคติทั่วไปสำหรับสวิตช์อะนาล็อก DMOS โหมดพร่องใด ๆ

ในการทำให้อุปกรณ์ดับลงจำเป็นต้องมีแรงดันไฟฟ้าติดลบที่ประตู ต้องบอกว่าความต้านทานต่อสามารถลดลงได้เมื่อ FET ได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมโดยใช้แรงดันเกตบวกทำให้สามารถใช้งานได้โดยเฉพาะในพื้นที่โหมดการเพิ่มประสิทธิภาพพร้อมกับพื้นที่โหมดพร่อง

คำตอบนี้สามารถเห็นได้ในกราฟต่อไปนี้

อัตราขยายความถี่สูงของหน่วยร่วมกับค่าความจุต่ำทำให้ 'ตัวเลขของบุญ' เพิ่มขึ้น เป็นองค์ประกอบที่สำคัญอย่างยิ่งในการขยาย VHF และ UHF ซึ่งระบุผลิตภัณฑ์แบนด์วิธ (GBW) ของ FET ซึ่งสามารถอธิบายได้เป็น:

GBW = gfs / 2 พี่ (คใน+ คออก)

p-Channel Depletion-Type MOSFET

การสร้าง MOSFET แบบ p-channel depletion เป็นการย้อนกลับที่สมบูรณ์แบบของเวอร์ชัน n-channel ที่แสดงในรูปที่ 5.23 ความหมายตอนนี้วัสดุพิมพ์อยู่ในรูปแบบของ n-type และช่องสัญญาณจะกลายเป็น p-type ดังที่เห็นในรูปที่ 5.28a ด้านล่าง

p-Channel MOSFET ชนิดพร่องที่มี IDSS = 6 mA และ VP = +6 V.

การระบุขั้วยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แต่แรงดันไฟฟ้าและขั้วปัจจุบันจะกลับด้านตามที่ระบุในรูปเดียวกัน ลักษณะท่อระบายน้ำจะตรงตามที่แสดงในรูปที่ 5.25 ยกเว้น VDSเครื่องหมายซึ่งในกรณีนี้จะได้รับค่าลบ

กระแสระบาย Iแสดงขั้วบวกในกรณีนี้เช่นกันนั่นเป็นเพราะเรากลับทิศทางไปแล้ว วีGSแสดงขั้วตรงข้ามซึ่งเข้าใจได้ตามที่ระบุในรูปที่ 5.28 ค.

เพราะ VGSกลับด้านจะสร้างภาพสะท้อนสำหรับลักษณะการถ่ายโอนตามที่ระบุในรูปที่ 5,28b

ความหมายกระแสระบายจะเพิ่มขึ้นในค่าบวก VGSภูมิภาคจากจุดตัดที่ VGS= Vp จนถึง IDSSจากนั้นมันจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อค่าลบของ VGSเพิ่มขึ้น

สัญลักษณ์

ประเภทการพร่องของสัญลักษณ์ MOSFET

สัญญาณกราฟิกสำหรับ MOSFET ประเภทการพร่อง n- และ p-channel สามารถเห็นได้ในรูปข้างบน 5.29

สังเกตวิธีที่สัญลักษณ์ที่เลือกมีจุดมุ่งหมายเพื่อแสดงถึงโครงสร้างที่แท้จริงของอุปกรณ์

การไม่มีการเชื่อมต่อโดยตรง (เนื่องจากฉนวนประตู) ระหว่างประตูและช่องสัญญาณเป็นสัญลักษณ์โดยช่องว่างระหว่างประตูและขั้วต่าง ๆ ของสัญลักษณ์

เส้นแนวตั้งซึ่งแสดงถึงช่องที่ติดอยู่ระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิดและถูก 'ยึด' โดยวัสดุพิมพ์

สัญลักษณ์สองกลุ่มได้รับการตกแต่งในรูปด้านบนสำหรับแต่ละประเภทของช่องสัญญาณเพื่อเน้นความจริงที่ว่าในอุปกรณ์บางประเภทพื้นผิวอาจเข้าถึงได้จากภายนอกในขณะที่ในบางอุปกรณ์อาจไม่เห็นวัสดุพิมพ์อื่น ๆ

MOSFET (ประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพ)

แม้ว่า MOSFET ชนิดการพร่องและประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพจะมีลักษณะคล้ายกันกับโครงสร้างภายในและโหมดการทำงาน แต่ลักษณะของมันอาจแตกต่างกันมาก

ความแตกต่างที่สำคัญคือกระแสระบายซึ่งขึ้นอยู่กับระดับแรงดันเกต - ทู - ต้นทางเฉพาะสำหรับการตัดออก

อย่างแม่นยำ MOSFET ประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพ n-channel สามารถทำงานร่วมกับแรงดันเกต / แหล่งที่มาเป็นบวกแทนที่จะเป็นช่วงของศักย์เชิงลบซึ่งโดยปกติจะส่งผลต่อ MOSFET ประเภทการพร่อง

การก่อสร้างขั้นพื้นฐาน

คุณสามารถดู MOSFET ประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพ n-channel ได้ดังต่อไปนี้
มะเดื่อ 5.31.

ส่วนวัสดุประเภท p ถูกสร้างขึ้นผ่านฐานซิลิกอนและตามที่เรียนรู้ก่อนที่จะเรียกว่าวัสดุพิมพ์

วัสดุพิมพ์นี้ในบางครั้งจะติดอยู่ภายในด้วยพินต้นทางใน MOSFET ชนิดพร่องในขณะที่ในบางกรณีจะถูกยกเลิกในฐานะผู้นำที่สี่สำหรับการเปิดใช้งานการควบคุมภายนอกของระดับศักยภาพ

ขั้วต้นทางและท่อระบายน้ำจะเชื่อมต่อตามปกติโดยใช้หน้าสัมผัสโลหะกับบริเวณที่เจือปน

อย่างไรก็ตามอาจเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องเห็นภาพว่าในรูปที่ 5.31 ช่องระหว่างพื้นที่ที่เจือ n ทั้งสองหายไป

นี่อาจถือได้ว่าเป็นความแตกต่างพื้นฐานระหว่างเลย์เอาต์ภายในของ MOSFET ประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพและประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพนั่นคือการไม่มีช่องสัญญาณโดยธรรมชาติซึ่งควรจะเป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์

ชั้น SiO2 สามารถมองเห็นได้ยังคงแพร่หลายซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่ามีการแยกระหว่างฐานโลหะของขั้วประตูและบริเวณระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิด อย่างไรก็ตามที่นี่สามารถพบเห็นได้โดยแยกออกจากส่วนวัสดุประเภท p

จากการสนทนาข้างต้นเราสามารถสรุปได้ว่าเค้าโครงภายในของ MOSFET ที่ลดลงและการปรับปรุงอาจมีความคล้ายคลึงกันบางประการยกเว้นช่องสัญญาณที่ขาดหายไประหว่างท่อระบายน้ำ / แหล่งที่มาสำหรับประเภทการปรับปรุงของ MOSFET

การทำงานพื้นฐานและลักษณะเฉพาะ

สำหรับประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพ MOSFET เมื่อนำ 0 V มาใช้ที่ VGS เนื่องจาก n-channel ที่ขาดหายไป (ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่ามีผู้ให้บริการฟรีจำนวนมาก) ทำให้เอาต์พุตปัจจุบันเป็นศูนย์ซึ่งค่อนข้างแตกต่างจากประเภทพร่อง ของ MOSFET มี ID = IDSS

ในสถานการณ์เช่นนี้เนื่องจากเส้นทางที่ขาดหายไปข้ามขั้วท่อระบายน้ำ / แหล่งกำเนิดพาหะจำนวนมากในรูปแบบของอิเล็กตรอนจะไม่สามารถสะสมที่ท่อระบายน้ำ / แหล่งกำเนิด (เนื่องจากบริเวณที่เจือ n)

การใช้ศักยภาพเชิงบวกบางอย่างที่ VDS โดยที่ VGS ตั้งไว้ที่ศูนย์โวลต์และเทอร์มินัล SS ลัดวงจรด้วยเทอร์มินัลต้นทางเราพบจุดเชื่อมต่อ pn แบบย้อนกลับสองสามจุดระหว่างพื้นที่ n-doped และ p-substrate ระบายไปยังแหล่งที่มา


ในรูปที่ 5.32 แสดงสภาวะที่ VDS และ VGS ถูกนำไปใช้กับแรงดันไฟฟ้าบวกที่สูงกว่า 0 V ทำให้ท่อระบายน้ำและประตูมีศักยภาพเป็นบวกเมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิด

ศักยภาพเชิงบวกที่ประตูจะดันรูในวัสดุพิมพ์ p ตามขอบของชั้น SiO2 โดยออกจากตำแหน่งและเข้าไปลึกลงไปในพื้นที่ของสารตั้งต้น p ดังแสดงในรูปด้านบน สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการเรียกเก็บเงินที่เหมือนกันซึ่งขับไล่กันและกัน

สิ่งนี้ส่งผลให้พื้นที่พร่องถูกสร้างขึ้นใกล้กับชั้นฉนวน SiO2 ที่เป็นโมฆะ

อย่างไรก็ตามสิ่งนี้อิเล็กตรอน p-substrate ซึ่งเป็นพาหะส่วนน้อยของวัสดุจะถูกดึงไปทางประตูบวกและเริ่มรวมตัวกันในบริเวณใกล้กับพื้นผิวของชั้น SiO2

เนื่องจากคุณสมบัติความเป็นฉนวนของตัวพาหะเชิงลบของชั้น SiO2 ทำให้พาหะเชิงลบไม่ให้ดูดซึมที่ขั้วประตู

เมื่อเราเพิ่มระดับของ VGS ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้กับพื้นผิว SiO2 ก็เพิ่มขึ้นเช่นกันจนในที่สุดพื้นที่ประเภท n ที่เหนี่ยวนำจะสามารถให้การนำทางเชิงปริมาณข้ามท่อระบายน้ำ / แหล่งกำเนิดได้

ขนาด VGS ที่ทำให้กระแสระบายเพิ่มขึ้นอย่างเหมาะสมเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ มีความหมายโดยสัญลักษณ์ VT . ในเอกสารข้อมูลคุณจะเห็นสิ่งนี้เป็น VGS (Th)

ดังที่ได้เรียนไปแล้วข้างต้นเนื่องจากไม่มีช่องสัญญาณที่ VGS = 0 และ 'ปรับปรุง' ด้วยแอปพลิเคชันแรงดันเกตต่อแหล่งที่เป็นบวก MOSFET ประเภทนี้เรียกว่า MOSFET ประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพ

คุณจะพบว่า MOSFET ทั้งแบบพร่องและการเพิ่มประสิทธิภาพแสดงขอบเขตประเภทการปรับปรุง แต่คำว่า การเพิ่มประสิทธิภาพ ใช้สำหรับรุ่นหลังเนื่องจากทำงานโดยเฉพาะโดยใช้โหมดการเพิ่มประสิทธิภาพของการทำงาน

ตอนนี้เมื่อ VGS ถูกผลักให้สูงกว่าค่าเกณฑ์ความเข้มข้นของตัวพาหะอิสระจะเพิ่มขึ้นในช่องสัญญาณที่เกิดขึ้น ทำให้กระแสระบายเพิ่มขึ้น

ในทางกลับกันถ้าเรารักษาค่า VGS ให้คงที่และเพิ่มระดับ VDS (แรงดันจากท่อระบายน้ำไปยังแหล่งที่มา) ในที่สุดสิ่งนี้จะทำให้ MOSFET ถึงจุดอิ่มตัวตามปกติจะเกิดขึ้นกับ JFET หรือ MOSFET ที่พร่องไปด้วย

เปลี่ยนช่องสัญญาณและขอบเขตการพร่องด้วยระดับ VDS ที่เพิ่มขึ้นสำหรับค่าคงที่ของ VGS

ดังแสดงในรูปที่ 5.33 ID ปัจจุบันของท่อระบายน้ำจะถูกปรับระดับออกด้วยความช่วยเหลือของกระบวนการบีบออกซึ่งระบุโดยช่องสัญญาณที่แคบกว่าไปทางปลายท่อระบายน้ำของช่องสัญญาณที่เหนี่ยวนำ

ด้วยการใช้กฎแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff กับแรงดันไฟฟ้าขั้วของ MOSFET ในรูปที่ 5.33 เราจะได้รับ:

ถ้า VGS คงที่เป็นค่าเฉพาะเช่น 8 V และ VDS เพิ่มขึ้นจาก 2 เป็น 5 V แรงดันไฟฟ้า VDG ตาม Eq 5.11 สามารถเห็นได้ว่าลดลงจาก -6 ถึง -3 V และศักย์ไฟฟ้าของประตูจะมีค่าบวกน้อยลงเมื่อเทียบกับแรงดันไฟฟ้าของท่อระบายน้ำ

การตอบสนองนี้ห้ามมิให้พาหะอิสระหรืออิเล็กตรอนถูกดึงเข้าหาบริเวณนี้ของช่องสัญญาณเหนี่ยวนำซึ่งจะส่งผลให้ความกว้างที่มีประสิทธิภาพของช่องสัญญาณลดลง

ในที่สุดความกว้างของช่องสัญญาณจะลดลงจนถึงจุดที่ถูกบีบออกทำให้ถึงสภาวะอิ่มตัวคล้ายกับที่เราได้เรียนรู้ไปแล้วในบทความ MOSFET ที่หมดลงก่อนหน้านี้

ความหมายการเพิ่ม VDS เพิ่มเติมด้วย VGS คงที่จะไม่ส่งผลต่อระดับความอิ่มตัวของ ID จนกว่าจะถึงจุดที่สถานการณ์แตกสลาย

เมื่อดูจากรูปที่ 5.34 เราสามารถระบุได้ว่าสำหรับ MOSFET ดังในรูปที่ 5.33 มี VGS = 8 V ความอิ่มตัวจะเกิดขึ้นที่ระดับ VDS ที่ 6 V เพื่อให้แม่นยำระดับความอิ่มตัวของ VDS จะสัมพันธ์กับระดับ VGS ที่ใช้โดย:

ไม่ต้องสงสัยเลยโดยนัยว่าเมื่อค่า VT คงที่แล้วการเพิ่มระดับของ VGS จะทำให้ระดับความอิ่มตัวของ VDS สูงขึ้นตามสัดส่วนของระดับความอิ่มตัว

อ้างอิงถึงคุณสมบัติที่แสดงในรูปด้านบนระดับ VT คือ 2 V ซึ่งเห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ากระแสระบายลดลงเหลือ 0 mA

ดังนั้นโดยทั่วไปเราสามารถพูดได้ว่า:

เมื่อค่า VGS น้อยกว่าระดับขีด จำกัด สำหรับ MOSFET ประเภทการปรับปรุงกระแสระบายของมันคือ 0 mA

เรายังสามารถเห็นได้อย่างชัดเจนในรูปด้านบนว่าตราบใดที่ VGS ยกสูงขึ้นจาก VT เป็น 8 V ระดับความอิ่มตัวของ ID ที่สอดคล้องกันจะเพิ่มขึ้นจาก 0 ถึง 10 mA ระดับ

ยิ่งไปกว่านั้นเรายังสังเกตได้อีกว่าช่องว่างระหว่างระดับ VGS เพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของค่า VGS ทำให้กระแสระบายเพิ่มขึ้นอย่างไม่สิ้นสุด

เราพบว่าค่าปัจจุบันของท่อระบายน้ำเกี่ยวข้องกับแรงดันเกต - ทู - ต้นทางสำหรับระดับ VGS ที่มากกว่า VT ผ่านความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นต่อไปนี้:

คำที่แสดงวงเล็บกำลังสองคือคำที่รับผิดชอบต่อความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นระหว่าง ID และ VGS

คำว่า k เป็นค่าคงที่และเป็นฟังก์ชันของเค้าโครง MOSFET

เราสามารถหาค่าของค่าคงที่ k ผ่านสมการต่อไปนี้:

โดยที่ ID (on) และ VGD (on) เป็นค่าเฉพาะขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์

ในรูปถัดไป 5.35 ด้านล่างเราจะพบว่าท่อระบายน้ำและลักษณะการถ่ายโอนถูกจัดเรียงไว้ข้างกันเพื่อชี้แจงกระบวนการถ่ายโอนซึ่งกันและกัน

โดยทั่วไปแล้วจะคล้ายกับกระบวนการที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้สำหรับ JFET และ MOSFET ชนิดพร่อง

อย่างไรก็ตามสำหรับกรณีปัจจุบันเราต้องจำไว้ว่ากระแสระบายคือ 0 mA สำหรับ VGS VT

ที่นี่ ID อาจเห็นจำนวนกระแสที่เห็นได้ชัดเจนซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามที่กำหนดโดย Eq 5.13.

หมายเหตุในขณะที่กำหนดจุดเหนือลักษณะการถ่ายโอนจากลักษณะท่อระบายน้ำเราจะพิจารณาเฉพาะระดับความอิ่มตัวเท่านั้น สิ่งนี้ จำกัด ขอบเขตของการทำงานให้มีค่า VDS สูงกว่าระดับความอิ่มตัวตามที่กำหนดโดย Eq (5.12)

วิธีการลงจุดลักษณะการถ่ายโอนของ MOSFET ประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพ n-channel

p-Channel Enhancement-Type MOSFETs

โครงสร้างของ MOSFET ประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพ p-channel ดังแสดงในรูปที่ 5.37a เป็นเพียงสิ่งที่ตรงกันข้ามกับที่แสดงในรูปที่ 5.31

หมายความว่าตอนนี้คุณพบว่าสารตั้งต้นชนิด n และบริเวณที่เจือด้วย p อยู่ใต้ข้อต่อท่อระบายน้ำและแหล่งที่มา

เทอร์มินัลยังคงเป็นไปตามที่กำหนดไว้ แต่ทิศทางปัจจุบันและขั้วแรงดันไฟฟ้าจะกลับกัน

ลักษณะท่อระบายน้ำอาจมีลักษณะดังที่ให้ไว้ในรูปที่ 5.37c โดยมีปริมาณกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากขนาด VGS เชิงลบที่มากขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ลักษณะการถ่ายโอนจะเป็นการแสดงผลแบบมิเรอร์ (รอบแกน ID) ของเส้นโค้งการถ่ายโอนของรูปที่ 5.35 โดยมี ID เพิ่มขึ้นพร้อมกับค่าลบของ VGS ที่สูงกว่า VT ดังแสดงในรูปที่ 5.37b สมการ (5.11) ถึง (5.14) มีความเหมาะสมเช่นเดียวกันกับอุปกรณ์ p-channel

อ้างอิง:




ก่อนหน้านี้: Anti Spy RF Detector Circuit - Wireless Bug Detector ถัดไป: ลักษณะการถ่ายโอน