Giáo trình CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ - Chương số 3

CHƯƠNG 3.TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNGTransistor hiệu ứng trường gọi tắt là FETs [Fiel-Effect Transistors] bao gồm hai loại chính đó là: Transistor hiệu ứng trường có cấu trúc cổng bằng bán dẫn-oxide-kim loai, gọi tắt là MOSFET [Metal-Oxide-Semiconductor FET], và transistor hiệu ứng trường có cấu trúc cổng bằng tiếp giáp pn, thường gọi là JFET [Junction FET]. Transistor MOSFET đã trở thành một trong những dụng cụ bán dẫn quan trọng nhất trong việc thiết kế chế tạo các mạch tích hợp (ICs) do tính ổn định nhiệt và nhiều đặc tính thông dụng tuyệt vời khác của nó....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ - Chương số 3CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ 56 TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNGCHƯƠNG 3.Transistor hiệu ứng trường gọi tắt là FETs [Fiel-Effect Transistors] bao gồm hai loại chính đólà: Transistor hiệu ứng trường có cấu trúc cổng bằng bán dẫn-oxide-kim loai, gọi tắt là MOSFET[Metal-Oxide-Semiconductor FET], và transistor hiệu ứng trường có cấu trúc cổng bằng tiếpgiáp pn, thường gọi là JFET [Junction FET]. Transistor MOSFET đã trở thành một trong nhữngdụng cụ bán dẫn quan trọng nhất trong việc thiết kế chế tạo các mạch tích hợp (ICs) do tính ổnđịnh nhiệt và nhiều đặc tính thông dụng tuyệt vời khác của nó. Cả MOSFET và JFET đều dẫnđiện theo các kênh dẫn, nên mỗi loại đều có ở dạng kênh dẫn bằng bán dẫn n hoặc p, gọi làMOSFET kênh n (gọi tắt là NMOS), MOSFET kênh p (gọi tắt là PMOS) và JFET kênh n vàJFET kênh p tương ứng. Ngoài ra, đối với MOSFET dựa theo nguyên tắc hình thành kênh dẫnmà có MOSFET cảm ứng kênh hay tăng cường kênh; giàu kênh (kênh không có sẵn) vàMOSFET nghèo kênh (kênh có sẵn).3.1 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MOSFET .Cấu tạo cơ bản và ký hiệu mạch của MOSFET kênh n được cho ở hình 3.1.Phần chính của một MOSFET có cấu trúc như hai bản cực của một tụ điện: một bản kim loại ởphía trên được nối với chân ra gọi là chân Cổng [Gate] G, bản cực phía dưới là phiến đế làm bằng vật liệu bán dẫn Si tạp dạng p, đôi khi đế được nối với cực nguồn ở bên trong MOS (MOS ba chân), nhưng phần lớn, cực đế được lấy ra bằng một chân thứ tư có tên là chân Đế [Bode] B, (có khi còn gọi là cực SS [Substrate]) để có thể cho phép điều khiển bởi mức điện thể của nó từ bên ngoài. Lớp điện môi của tụ chính là lớp cách điện rất mỏng di ôxit Silicon (SiO2), do cấu trúc như vậy nên Cổng - Đế được gọi là cấu trúc của tụ MOS [Metal-Oxide-Semiconductor].Các chân Nguồn [Source] S và Máng [Drain] D, là các chân được nối với các vùng bán dẫn tạpdạng n+ đặt bên trong phiến đế, gọi là vùng Nguồn và vùng Máng tương ứng. Đối với một dụngcụ bán dẫn kênh n, thì dòng điện được hình thành bằng các điện tử và vùng Nguồn và Máng được cấu tạo bởi các vùng pha tạp đậm n+ (vào khoảng 1020 cm-3) để có thể tiếp xúc tốt với kênh dẫn. Người ta dùng phương pháp cấy ion để tạo ra vùng Nguồn và Máng sau khi cấu trúc Cổng đã được xác lập sao cho hai vùng này thẳng hàng với vùng Cổng, và để sự hình thành kênh dẫn được liên tục cần phải có sự chồng lấn giữa vùng Cổng với vùng Nguồn và Cổng với Máng ở hai đầu kênh dẫn. Do cấu tạo của dụng cụ có tính đối xứng nên Nguồn và Máng có thể thay thế lẫn nhau. Vùng bán dẫn giữa hai vùng Nguồn và Máng ngay phía dưới Cổng được gọi là vùng kênh. Khoảng cách giữa hai tiếp giáp pn (vùng Nguồn-Đế và vùng Máng-Đế) là chiều dài hiệu dụng của kênh L. và W là chiều rộng của kênh. Vùng đế là một bán dẫn tạp kiểu ngược lại với hai vùng Nguồn và Máng (thường ở mức pha tạp loãng hơn) để đảm bảo cách ly giữa hai vùng. Lớp ôxit (SiO2) được tạo ra bằng cách gia nhiệt ở nhiệt độ cao để có các đặc tính bề mặt chung tốt nhất. Vật liệu làm Cổng thông dụng nhất là kimBIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TR ...