Opracowanie teoretyczne

7 Pages • 1,315 Words • PDF • 394.2 KB
Uploaded at 2021-09-24 16:30

This document was submitted by our user and they confirm that they have the consent to share it. Assuming that you are writer or own the copyright of this document, report to us by using this DMCA report button.


ZESPÓŁ SZKÓŁ Nr 9 im. ROMUALDA TRAUGUTTA W KOSZALINIE

Przygotowanie teoretyczne Temat wiczenia:

Badanie tranzystorów MOS

Koszalin, rok szk. 2004/2005

Badanie tranzystorów MOS

2

1. Budowa tranzystorów z izolowan bramk MOS W tranzystorach polowych z izolowan bramk pole elektryczne jest doprowadzone przez powierzchniow warstw dielektryku. Tranzystory te ró ni si od tranzystorów polowych zł czowych tym, e zł cze p-n (spolaryzowane w kierunku zaporowym) zostało zast pione przez układ metal dielektrykpółprzewodnik. Tranzystory polowe z bramk izolowan s oznaczone w literaturze symbolem IGFET (Insulated Gate Fidel Effect Transistor). Do grupy tych tranzystorów nale : tranzystory z bramk utworzon przez metalow elektrod , która jest oddzielona od kanału przewodz cego cienk warstw izolacyjn , utworzon przez tlenek krzemuj; symbolem tej grypy jest skrót MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Fidel Effect Transistor), Tranzystory cienkowarstwowe; symbol tej grupy TFT (Thin film Transistor). Tranzystory z izolowan bramk w zale no ci od napi cia polaryzuj cego bramk mog : nie przewodzi przy braku napi cia polaryzuj cego bramk ; tranzystory takie nazywaj si tranzystorami normalnie wył czonymi (albo pracuj cymi przy wzbogacaniu no ników), przewodzi przy braku napi cia polaryzuj cego bramk ; tranzystory takie nazywaj si tranzystorami Normalnie zał czonymi (albo pracuj cymi przy zaburzeniu no ników w kanale). Oba rodzaje pracy mo na uzyska w tranzystorach o kanale typu n lub kanale typu p. Na rys. 1. przedstawiono typowe konstrukcje tranzystorów typu MOS. Mi dzy obszarami typu n tworzy si kanał o przewodno ci typu n i konduktywno ci oraz przekroju zale nym od warto ci pola elektrycznego, wytworzonego przez napi cie Ugs. Tranzystory tej grupy charakteryzuj si : cz stotliwo ci graniczn do kilkuset MHz, moc admisyjn do cz ci wata, rezystancj wyj ciow ok. 10 kΩ, rezystancj wej ciow ok. 1012 Ω.

Przygotowanie teoretyczne

3

Rys. 1. Tranzystory unipolarne z izolowan bramk a – tranzystor normalnie wył czony, b – tranzystor normalnie wł czony, c – symbole tranzysorów typu MOS z jedn i dwiema bramkami

Na Rys. 2 przedstawiono budow tranzystora polowego cienkowarstwowego. Tranzystory te ró ni si od tranzystorów MOS tym, e cieniutka warstewka półprzewodnika (ok. 1 µm) jest naniesiona na podło e szklane lub ceramiczne. Charakterystyki tych tranzystorów s podobne do tranzystorów typu MOS.

Rys. 2. Tranzystor unipolarny cienkowarstwowy

Badanie tranzystorów MOS

4

2. Parametry, zastosowanie i przykładowe charakterystyki tranzy-

storów MOS

2.1. Podstawowe parametry statyczne tranzystorów UGS(OFF) lub UGS(lTH) – napi cie zatkania lub progowe; IDSS – pr d drenu dla UGS = 0 i przy okre lonym UDS; ID(OFF) – pr d drenu w stanie zatkania; IGSS – pr d upływu bramki dla UDS = 0 i przy okre lonym UGS; U(BR)GSS – napi cie przebicia dren- ródło; RDS(ON) – rezystancja statyczna dren- ródło w stanie wł czenia;

2.2. Charakterystyki tranzystorów polowych MOS Ka dy tranzystor mo na opisa przy pomocy ró nych parametrów i charakterystyk. Najwa niejsze z nich to charakterystyka przej ciowa i wyj ciowa. Ka da charakterystyka przedstawia graficznie zale no

pewnych wielko ci w układzie współrz dnych. 1. Charakterystyka przej ciowa ID = f (UGS) przy USD = const to zale no

pr du drenu ID

od napi cia bramka - ródło UDS przy stałym napi ciu dren – ródło UDS . 2. Charakterystyka wyj ciowa ID = f (UDS ) przy UGS = const to zale no

pr du ID drenu

od napi cia dren – ródło UDS przy stałym napi ciu UGS . W zale no ci od sposobu domieszkowania obszaru kanału tranzystora rozró iamy tranzystory z kanałem typu p i tranzystory z kanałem typu n.

Przygotowanie teoretyczne

5

2.2.1. Charakterystyki tranzystora MOS z kanałem typu p Tranzystor MOS normalnie wył czony to taki tranzystor, w którym pr d nie płynie przy braku napi cia polaryzuj cego bramk .

Rys. 3.Tranzystor polowy MOS normalnie wył czony z kanałem typu p. a) symbol graficzny tranzystora b) charakterystyka przej ciowa tranzystora c) charakterystyka wyj ciowe tranzystora Rysunek 3 przedstawia symbol graficzny tranzystora oraz jego charakterystyki. Jak wida z wykresów dren D i bramka G tranzystora jest zasilana napi ciem ujemnym wzgl dem ródła S. Charakterystyka przej ciowa (rys. 3 b) pokazuje, e pr d drenu ID zaczyna płyn ce przekroczy napi cie progowe UT

dopiero gdy napi cie na bram-

wynosz ce około – 2V. Rodzina charakterystyk wyj ciowych

(rys. 3 c) pokazuje, e w du ym zakresie napi

zasilania drenu wzgl dem ródła UDS , pr d drenu ID

w niewielkim stopniu zale y od wielko ci tego napi cia tylko jest mocno zale ny od napi cia bramka – ródło UGS. W zakresie niskich napi

UDS (od zera do około 7 V) tranzystor ten zachowuje si jak rezy-

stor, które go rezystancja jest regulowana napi ciem bramka – ródło UGS. Rys 4. przedstawia charakterystyki tranzystora typu p normalnie zał czonego tzn. takiego, w którym pr d drenu płynie gdy napi cie na bramce tranzystora jest równe zero.

Rys. 4. Tranzystor zł czonwy MOS z kanałem typu p normalnie wł czony. a) symbol graficzny tranzystora b) charakterystyka przej ciowa tranzystora c) charakterystyka wyj ciowa tranzystora

Badanie tranzystorów MOS

6

Z charakterystyki przej ciowej tranzystora wida , e pr d drenu ID ma warto gdy napi cie bramka – ródło UGS ma warto

równ około 4 mA

0V. Podobnie jak poprzednio z charakterystyki wyj ciowej

mo na wysnu wniosek, e pr d drenu zale y niemal wył cznie od warto ci napi cia bramka – ródło UGS.

2.2.2. Charakterystyki tranzystora MOS z kanałem typu n Poni szy rysunek przedstawia tranzystor z kanałem typu n normalnie wył czony.

Rys. 5 Tranzystor polowy MOS normalnie wył czony z kanałem typu n. a) symbol graficzny tranzystora b) charakterystyka przej ciowa tranzystora c) charakterystyka wyj ciowe tranzystora Tranzystory MOS z kanałem typu n s zasilane napi ciem dodatnim na drenie wzgl dem ródła. Podobnie jak w tranzystorze typu p pr d drenu ID płynie dopiero gdy napi cie na bramce przekroczy napi cie UT tzn. około 2V. Rodzina charakterystyk wyj ciowych ID = f (UDS) ma kształt analogiczny jak przy tranzystorze typu n z t jednak ró nic , e napi cie zasilania jest dodatnie. Podobnie jest z tranzystorem normalnie zał czonym. Rysunek poni ej przedstawia symbol graficzny tranzystora oraz odpowiednie charakterystyki.

Rys. 6. Tranzystor polowy MOS normalnie zał czony z kanałem typu n. a) symbol graficzny tranzystora b) charakterystyka przej ciowa tranzystora c) charakterystyka wyj ciowe tranzystora

Przygotowanie teoretyczne

7

Na charakterystyce przej ciowej wida , e tranzystor przestaje przewodzi gdy napi cie na bramce osi gnie napi cie UT, które jest napi ciem ujemnym wzgl dem ródła.

3. Zastosowanie tranzystorów polowych MOS Tranzystory polowe z izolowan bramk (MOS) stosowane s głównie jako elementy dyskretne: − w stopniach wej ciowych wzmacniaczy, elektrometrów itp. Ze wzgl du na ich du

rezystan-

cj wej ciowa (rz du kilku GΩ) i mały poziom szumów własnych; − we wzmacniaczach i mieszaczach głowic UKF, ze wzgl du na kwadratowy przebieg ich charakterystyki przej ciowej, co umo liwia unikniecie zniekształce zawieraj cych nieparzyste harmoniczne; − w przetwornikach sygnałów stałych w zmienne i w innych układach wymagaj cych kluczowania, ze wzgl du na du y iloraz (107 …108) rezystancji dren – ródło w stanach przewodzenia i nieprzewodzenia; − w filtrach i innych układach jako elementy o sterowanej rezystancji. Tranzystory MOS jako elementy indywidualne maj podobny zakres zastosowa jak tranzystory polowe ze zł czem p-n (PNFET). Szczególnie wa nym kierunkiem rozwoju tych elementów s tranzystory mocy wytwarzane w technologii VMOS, stosowane jako elementy przeł cznikowe mocy. Te tranzystory wraz z innymi niekonwencjonalnymi elementami przeł cznikowymi stanowi odr bn grup rozpoznawan najcz ciej pod hasłem klucze elektroniczne. Jednak główn domen tego typu tranzystorów jest zastosowanie ich w układach scalonych. Tranzystory polowe ze zł czem metal semiconductor wykonanym z GaAs SA stosowane głównie jako elementy mikrofalowe, ze wzgl du na ich rekordowo du stotliwo

cz -

pracy (do 100 GHz). Na rynku pojawiły si cyfrowe układy scalone z tymi wła nie tranzysto-

rami. S to superszybkie i drogie układy do zastosowa specjalnych.
Opracowanie teoretyczne

Related documents

7 Pages • 1,315 Words • PDF • 394.2 KB

25 Pages • 1,847 Words • PDF • 160.8 KB

29 Pages • 3,036 Words • PDF • 210.2 KB

24 Pages • 1,077 Words • PDF • 1.3 MB

8 Pages • 2,711 Words • PDF • 205.5 KB

23 Pages • 5,592 Words • PDF • 1.3 MB

5 Pages • 1,728 Words • PDF • 252.4 KB

31 Pages • 12,649 Words • PDF • 822.4 KB

42 Pages • 7,472 Words • PDF • 517.3 KB

9 Pages • 1,506 Words • PDF • 302.1 KB

11 Pages • 3,954 Words • PDF • 1 MB

28 Pages • 8,748 Words • PDF • 493 KB