CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
56
CHƯƠNG 3.
TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
Transistor hiệu ứng trường gọi tắt là FETs [F
iel-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. Cả MOSFET và JFET
đều dẫn
điện theo các kênh dẫn, nên mỗi loại đều có ở dạng kênh dẫn bằng bán dẫn n hoặc p, gọi là
MOSFET kênh n (gọi tắt là NMOS), MOSFET kênh p (gọi tắt là PMOS) và JFET kênh n và
JFET kênh p tương ứng. Ngoài ra, đối với MOSFET dựa theo nguyên tắc hình thành kênh dẫn
mà có MOSFET cảm ứng kênh hay tăng cường kênh; giàu kênh (kênh không có sẵn) và
MOSFET 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 ở
phía 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 lấ
y 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
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 (SiO
2
)
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 kim
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
57
loại hoặc polysilicon. Khi chiều dài kênh dẫn bằng 0,3
µ
m, thì các thông số điển hình là: chiều
dày của lớp ôxit
≈
10
µ
m, mức pha tạp của vùng đế là
≈
3x10
17
cm
-3
, điện áp Máng-Nguồn: v
DS
= v
D
- v
S
, và điện áp Nguồn-Đế: v
SB
=
v
S
- v
B
. Tất cả các điện áp này đều có giá trị
≥
0 trong chế độ hoạt động thông thường của N
MOSFET.
Chú ý rằng: các vùng Nguồn và Máng tạo thành tiếp
giáp pn với vùng Đế. Hai tiếp giáp này luôn luôn
được giữ ở điều kiện phân cực ngược để có sự cách ly
giữa các tiếp giáp của transistor MOS. Vì vậy, điện áp
Đế phải nhỏ hơn hoặc bằng với điện áp ở các cực
Nguồn và Máng để đảm bảo cho các tiếp giáp pn
đượ
c phân cực ngược một cách thích hơp, tức: i
B
≈
0.
Ngoài ra, Cổng phải là một bản cực kim loại để có
bằng nhiệt thanh đế Silicon. Khả năng để tạo thành
một chất cách đ
iện chất lượng cao là một trong những
lý do cơ bản mà Silicon trở thành vật liệu bán dẫn chủ
yếu trong công nghệ chế tạo dụng cụ bán dẫn hiện
nay. Vùng bán dẫn làm đế có thể là n hay p như ở
hình 3.2a.
Nguyên lý làm việc của tụ MOS là bản chất nguyên
tắc hoạt động của MOSFET. Lớp bán dẫn tạo thành
điện cực phía dưới của tụ có điện tr
ở suất lớn do số
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
58
lượng các lỗ trống và điện tử trong vùng đế được hạn chế (pha tạp loãng), điện dung của tụ có
cấu trúc như trên là một hàm phi tuyến của điện áp v
G
. Hình 3.2(b, c, d) mô tả các trạng thái tức
thời ở vùng bán dẫn làm đế, phía dưới điện cực Cổng theo ba giá trị điện áp phân cực khác nhau.
- Vùng Tích lũy.
Trạng thái của tụ MOS khi đặt điện áp phân cực âm lớn lên cực Cổng so với cực Đế được cho ở
hình 3.2b. Lượng điện tích âm lớn trên bản kim loại sẽ cân bằng bởi các lỗ trống được thu hút
đến bề mặt phẳng chung giữa lớp bán dẫn đế và lớp di ôxit Si, trực tiếp ngay phía dưới bản cực
Cổng.
Đối với trạng thái phân cực này, mật độ lỗ tr
ống tại bề mặt vượt trội hơn so với mật độ lỗ trống
hiện có trong đế bán dẫn p ban đầu và ta có thể xem rằng bề mặt như ở vùng tích lũy lỗ trống.
Lớp tích lũy cực kỳ mỏng, tồn tại chủ yếu như một dải điện tích trực tiếp ngay phía dưới cực
Cổng.
- Vùng Nghèo.
đảo đóng một vai trò cực kỳ quan trọng
trong các transistor hiệu ứng trường và điện áp
này được gọi là điện áp Ngưỡng
V
TN
.
b) Sự hình thành kênh dẫn ở transistor NMOS
kiểu tăng cường kênh.
Trước khi xây dựng biểu thức cho quan hệ dòng-
áp của transistor NMOS, ta hãy khảo sát một
NMOS được cho ở hình 3.3. Theo hình vẽ, cực
Nguồn, cực Máng và cực Đế của NMOSFET đều
được nối đất chung. Đối với một điện áp Cổng-
Nguồn, v
GS
= V
GS
thấp hơn nhiều so với điện áp
Ngưỡng V
TN
, như ở hình 3.3a, thì sẽ có các tiếp
giáp pn đối nghịch nhau tồn tại giữa Nguồn và
Máng, nên chỉ có một dòng điện rò rất nhỏ có thể
chảy giữa hai điện cực đó. Khi tăng V
GS
lên gần
bằng nhưng vẫn thấp hơn điện áp Ngưỡng, thì
một vùng nghèo sẽ hình thành ngay phía dưới
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
và i
B
đều bằng 0 (đã xét ở trên).
Vì vậy, dòng điện vào ở cực Máng phải bằng với dòng điện chảy ra ở cực Nguồn nên ta có:
i
S
= i
D
= i
DS
(3.1)
Biểu thức cho dòng Máng-Nguồn i
DS
có thể được viết bằng cách xem xét dòng điện tích chảy
trong kênh dẫn ở hình 3.4. Điện tích của điện tử trên một đơn vị độ dài (gọi là điện tích đường)
tại một điểm bất kỳ trong kênh dẫn sẽ bằng:
( )
TNox
'
'
ox
'
VvWCQ
−−=
C/ cm, đối với điều kiện v
ox
≥
V
TN
là điện áp đặt ngang qua lớp ôxít, và nó sẽ tùy thuộc vào vị trí trong kênh dẫn:
v
ox
= v
GS
- v(x) (3.3)
trong đó v(x) là điện áp tại điểm x nào đó
trong kênh dẫn so với nguồn. Hãy lưu ý
rằng v
ox
phải vượt quá giá trị V
TN
để tồn
tại lớp đảo, như vậy Q’ sẽ bằng 0 cho đến
khi v
ox
> V
TN
.
Tại vị trí đầu cực Nguồn của kênh dẫn, v
ox
= v
GS
, và v
ox
sẽ giảm xuống đến giá trị v
ox
−−−==
(3.5)
Thay thế các giá trị của điện trường ngang (theo phương x) và v
ox
vào (3.5) ta có:
()
dx
)
x(dv
V)x(vvWCµ)x(i
TNGS
"
oxn
−−−=
(3.6)
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
60
hoặc
( )
)x(dvV)x(vvWCµdx)x(i
TNGS
"
oxn
−−−=
(3.7)
Điện áp đặt trên các cực của NMOS là v(0) = 0 và v(L) = v
DS
, nên ta có thể tính tích phân (3.7)
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−−=
(3.9)
hoặc:
DS
DS
TNGS
"
oxnDS
v
2
v
Vv
L
W
Cµi
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−−=
(3.10)
Giá trị
hoặc
DS
DS
TNGSnDS
v
2
v
VvKi
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−−=
trong đó:
L
W
KK
'
nn
=
(3.11)
Các thông số
n
K
và
'
n
DS
(3.13)
Tóm lại, đối với NMOS làm việc ở vùng tuyến tính, ta có:
DS
DS
TNGS
'
nDS
v
2
v
Vv
L
W
Ki
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−−=
,
với điều kiện: v
GS
- V
TN
≥
v
⎛
−−=
L
v
µ
2
v
VvWCi
DSDS
TNGS
"
oxDS n
(3.15)
Khi điện áp Máng-Nguồn có giá trị nhỏ, thì số
hạng thứ nhất sẽ biểu diễn đại lượng điện tích
trung bình trên một đơn vị độ dài trong kênh
dẫn, bởi vì điện áp kênh dẫn trung bình v(x) =
v
DS
/ 2. Số hạng thứ hai sẽ tượng trưng cho vận
tốc trôi trong kênh dẫn, mà khi đó điện trường
trung bình sẽ bằng với điện áp v
DS
đặt ngang
qua kênh dẫn chia cho độ dài kênh L
Đặc tuyến i-v ở vùng tuyến tính được tạo ra từ
biểu thức (3.14) cho ở hình 3.5 đối với trường
hợp V
TN
DS
« v
GS
- V
TN
, thì biểu thức (3.14) có
thể rút gọn thành:
()
DSTNGS
"
oxnDS
vVv
L
W
Cµi −=
(3.16)
Dòng i
DS
chảy qua các cực của MOSFET lúc
này tỷ lệ thuận thuận với điện áp v
DS
đặt trên
MOSFET. FET làm việc rất giống với một
điện trở nối giữa các cực Nguồn và Máng,
nhưng giá trị của điện trở được điều khiển bởi
điện áp Cổng -Nguồn.
Điện trở của FET làm việc ở vùng tuyến tính,
gần gốc tọa độ, được gọi là điện trở mở [on-
resistance] R
ON
⎢
⎣
⎡
∂
∂
=
−
−−
→
(3.17)
Để ý rằng R
ON
cũng bằng với tỷ số v
DS
/ i
DS
ở biểu thức (3.16).
Tại những điểm gần sát với gốc tọa độ, các đặc tuyến i-v của MOSFET thực chất là các đường
thẳng, tức là đặc tuyến phải được xét với điều kiện v
DS
« v
GS
- V
TN
, tuy nhiên theo hình 3.5 thì
hình như độ tuyến tính bắt đầu bị vi phạm đối với đặc tuyến thấp nhất, khi đó V
GS
- V
TN
= 2-1 =
DS
lên thành
v
DS
= v
GS
- V
TN
, hình 3.6b thì kênh dẫn bắt đầu biến mất tại đầu mút của kênh ở phía vùng máng.
Hình 3.6c mô tả trạng thái kênh dẫn theo giá trị v
DS
lớn hơn. Vùng kênh dẫn đã bị biến mất, hay
nói cách khác là đã bị thắt kênh [pinched off] bắt đầu tại phía vùng máng của kênh dẫn, làm cho
vùng kênh điện trở ngắn lại. Chú ý: Nếu nhìn thoáng qua thì có thể dễ nhầm lẫn cho rằng, dòng
qua MOSFET sẽ bằng 0, tuy nhiên trong trường hợp này dòng qua MOSFET là
≠
0. Như mô tả
ở hình 3.7, điện áp tại điểm thắt kênh trong kênh dẫn sẽ luôn luôn bằng:
v
GS
- v(x
po
) = V
TN
hay: v(x
po
) = v
GS
- V
TN
≥
v
GS
- V
TN
≥
0 (3.19)
Đây là biểu thức dòng máng của transistor NMOS làm việc ở vùng bão hòa. Dòng máng phụ
thuộc vào bình phương của số hạng (v
GS
- V
TN
), nhưng lại độc lập với điện áp máng-nguồn. Trị
số của v
DS
để transistor làm việc ở vùng bão hòa được gọi bằng tên riêng là v
DSAT
xác định bởi
biểu thức:
v
DSAT
= v
GS
- V
TN
(3.20)
V
DSAT
WCi
TNGSTNGS
"
oxDS
n
(3.21)
Vùng kênh đã bị biến đổi (đảo) có điện áp v
GS
- V
TN
đặt ngang qua nó, như ở hình 3.7. Vì vậy, số
hạng thứ nhất của (3.21) tương ứng với giá trị điện tích trung bình trong lớp đảo, và số hạng thứ
hai là giá trị vận tốc của các điện tử trôi trong điện trường bằng (v
GS
- V
TN
)/ L.
Hình 3.8a, là toàn bộ họ đặc tuyến ra của một transistor NMOS có V
TN
= 1V và K
n
= 25
µ
A/V
2
,
mà trong đó vị trí các điểm thắt kênh được xác định bởi v
DS
= V
DSAT
GS
- V
TN
= 2V, thì đặc tuyến là đường thẳng nằm
ngang, tức NMOS bắt đầu chuyển vào vùng có
dòng i
DS
bão hòa theo phương trình (3.19). Điểm
thắt kênh là điểm giao nhau giữa hai đường biểu
diễn của hai phương trình (3.14) và (3.19).
e) Tổng hợp nguyên lý làm việc và các phương
trình cơ bản của NMOS kiểu tăng cường.
Như đã xét ở trên, do không tồn tại kênh dẫn giữa
hai vùng máng và nguồn khi ít nhất điện áp V
GS
=
0V, nên với một điện áp V
DS
dương nào đó và
cực đế B được nối trực tiếp với cực nguồn, thì
thực tế là sẽ có hai tiếp giáp pn phân cực ngược
giữa hai vùng pha tạp n và sẽ không có dòng
chảy giữa hai vùng máng và nguồn.
Khi cả hai điện áp V
DS
và V
GS
được thiết lập tại điện áp dương nào đó (lớn hơn 0V), tức là thiết
lập điện áp dương tại máng và cổng so với nguồn. Điện áp dương tại cổng sẽ đẩy các lỗ trống
tăng lên vượt qua mức ngưỡng thì mật độ các hạt tải điện tự do trong kênh dẫn được tạo
thành sẽ tăng lên, dẫn đến mức dòng máng qua kênh cũng tăng lên, nhưng nếu giữ V
GS
không
đổi và tăng V
DS
thì dòng máng sẽ tăng lên đến mức bão hòa, tức là lúc này dòng máng I
DS
không
tăng do quá trình thắt kênh, kênh dẫn bắt đầu hẹp nhất tại phía đầu vùng máng của kênh dẫn tạo
thành (xem hình 3.6b). Áp dụng định luật Kirchhoff’s theo áp đối với các điện áp đầu cực của
MOSFET ta có:
V
DG
= V
DS
- V
GS
(3.22)
Nếu V
GS
được giữ cố định tại một trị số nào đó, chẳng hạn 8V và tăng V
DS
từ 2 đến 5V, thì điện
áp V
DG
[theo biểu thức (3.22)] sẽ giảm xuống từ -6V xuống -3V, và điện áp cổng sẽ trở nên
dương thấp hơn so với máng. Sự giảm xuống ở điện áp cổng-máng sẽ dẫn đến làm giảm lực hấp
dẫn các hạt tải điện tự do (các điện tử) ngay tại vùng kênh dẫn tạo thành ở phía đầu cực máng,
gây nên sự giảm xuống về độ
Như vậy, rõ ràng là đối với một giá trị không đổi của V
TN
, khi mức V
GS
cao hơn thì sẽ có mức
bão hòa của V
DS
cao hơn. Khi giá trị của V
GS
= V
TN
= 1V, thì dòng máng sẽ giảm xuống 0 mA.
Vì vậy, thông thường đối với các giá trị của V
GS
thấp hơn so với mức điện áp ngưỡng, thì dòng
máng ở một MOSFET kiểu tăng cường sẽ bằng 0 mA, tức là MOSFET ở trạng thái chắc chắn
ngắt. Khi mức V
GS
tăng lên từ giá trị V
TN
đến giá trị 5V, thì sẽ dẫn đến mức bão hòa của dòng I
DS
cũng tăng lên từ mức 0
µ
A lên mức 200
µ
A.
Một đặc tuyến i-v khác, dùng để phân tích dc của MOSFET kiểu tăng cường được gọi là đặc
tuyến truyền đạt [transfer characteristic] biểu diễn quan hệ giữa dòng máng theo điện áp cổng-
0i
B
=
(3.23)
Vùng ngắt:
0i
DS
=
Đối với: v
GS
≤
V
TN
(3.24)
Vùng tuyến tính:
DS
DS
TNGSnDS
v
2
v
VvKi
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
GS
- V
TN
≥
0 (3.26)
f) Transistor PMOS kiểu tăng cường.
Các transistor MOSFET kênh p (transistor PMOS) kiểu tăng cường có cấu tạo như ở hình 3.10,
một cách chính xác là PMOS có cấu tạo bằng các vùng bán dẫn tạp ngược với transistor NMOS,
nhưng nguyên lý hoạt động của PMOS về cơ bản giống như NMOS, ngoại trừ các cực tính điện
áp và chiều dòng điện trên các cực của PMOS là ngược lại. Cần phải đặt điện áp âm trên cực
cổng so với cực nguồn (v
GS
< 0 hay v
SG
> 0) để thu hút các lỗ trống nhằm tạo ra một lớp đảo
bằng bán dẫn p trong vùng kênh. Trước hết, để có sự dẫn điện ở transistor PMOS kiểu tăng
cường thì điện áp cổng-nguồn cần phải âm nhiều so với điện áp ngưỡng của PMOS, được ký
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
65
hiệu là V
TP
.
Để giữ cho các tiếp giáp nguồn-đế và máng-đế được phân cực ngược thì v
SB
và v
DB
cũng phải
thấp hơn 0. Yêu cầu này được thỏa mãn bằng cách đặt điện áp v
và v
BS
bây giờ là dương.
Các biểu thức quan hệ dòng-áp của transistor PMOS được tóm lược như sau:
Đối với tất cả các vùng ta đều có:
L
W
C
µ
K
"
oxp
p
=
0i
G
=
0i
B
=
(3.27)
Vùng ngắt:
0i
SD
=
Đối với: v
SG
TP
≥
v
SD
≥
0 (3.29)
Vùng bão hòa:
()
2
TPSG
p
SD
Vv
2
K
i
+=
Đối với: v
SD
≥
v
SG
+ V
TP
≥
WLCC
"
oxGC
=
(3.31)
Ở chế độ tuyến tính, C
GC
được phân chia
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
66
thành hai phần như nhau: điện dung cổng-nguồn C
GS
và điện dung cổng-máng C
G
D
, mỗi điện
dung bao gồm một nửa giá trị điện dung cổng-kênh cộng với giá trị điện dung chồng lấn giữa
vùng cổng-nguồn hay vùng cổng-máng.
Điện dung chồng lấn [overlap capacitance]
'
OL
C
thường được quy định như điện dung của lớp ô
xít trên một đơn vị độ rộng kênh dẫn. Các giá trị điện dung không tuyến tính của tiếp giáp pn
được rút ra bởi các điện dung nguồn-đế và máng-đế, C
SB
và C
DB
tùy vào chế độ làm việc của
Ở chế độ ngắt, vùng cổng-kênh dẫn là
không tồn tại. Các giá trị của C
GS
và C
DS
chỉ bao gồm điện dung chồng lấn.
WCC
'
OLGS
=
và
WCC
'
OLGD
=
(3.33)
Ngoài ra, còn có một điện dung nhỏ C
GB
xuất hiện giữa cực cổng và cực đế như
hình (c).
Từ các biểu thức trên, rõ ràng là các điện
dung của MOSFET phụ thuộc vào chế độ
làm việc của transistor và là một hàm phi
tuyến theo điện áp đặt vào các cực của MOSFET. Các điện dung này sẽ được xem xét trong các
mạch số và tương tự.
h) Các thông số của một NMOS kiểu tăng cường.
GS
= 10V, I
D
= 3mA,
thì với các giá trị đã cho của V
GS(Th
)
, I
D(on
)
, và V
GS(on
)
sẽ cho phép xác định K
n
từ biểu thức (3.26) và sẽ
tính được các giá trị các điểm tương ứng trên đặc
tuyến truyền đạt.
Ví dụ 3.1: Sử dụng các dữ liệu đã cho ở trang số liệu
kỹ thuật hình 3.12 và điện áp ngưỡng trung bình
V
GS(on)
= 3V, hãy xác định:
(a)
Giá trị độ hỗ dẫn K
n
của MOSFET ?. (b)
Đặc tuyến truyền đạt của MOSFET ?.
2
GS
3
2
TNGS
n
D
V3V10x061,0VV
2
K
i
−=−=
−
Với V
GS
= 5V, thì: I
D
= 0,244 mA. Với V
GS
= 8;
10; 12; và 14V, I
D
sẽ là 1,525; 3 (đã được xác định ở trang số liệu); 4,94; và 7,38mA tương ứng.
Đặc tuyến truyền đạt được vẽ như ở hình 3.13.
3.3 MOSFET KIỂU NGHÈO.
a)
MOSFET kiểu nghèo kênh- n
.
Như đã xét ở phần đầu của chương, ngoài MOSFET kiểu tăng cường còn có MOSFET kiểu
nghèo [Depletion-type MOSFET hay có thể gọi tắt là DE MOS].
GS
dương, thì điện áp dương tại cổng sẽ kéo thêm các điện tử (các hạt tải
điện tự do) từ đế bán dẫn-p nhờ có dòng rò ngược và sự phát sinh các hạt tải điện mới thông qua
sự va chạm tạo thành giữa các hạt tích điện khi được gia tốc.
Khi điện áp cổng-nguồn tiếp tục tăng lên theo chiều dương, thì dòng máng sẽ tăng lên theo tốc
độ
rất nhanh (hình 3.14). Khoảng cách theo chiều dọc giữa hai giá trị V
GS
= 0V và V
GS
= +1V
của đặc tuyến truyền đạt chỉ rõ mức dòng tăng lên nhiều khi thay đỗi V
GS
trong khoảng 1V. Vì
sự tăng dòng máng rất nhanh, nên khi sử dụng DMOS, cần phải tránh cho DMOS làm việc có
dòng máng lớn nhất, vì dòng máng có thể vượt quá với một điện áp cổng dương., ví dụ như đối
với DMOS cho ở hình 3.14, khi đặt một điện áp V
GS
= +4V sẽ cho dòng máng là 22,2mA, có khả
năng vượt quá các thông số làm việc lớn nhất (dòng hoặc công suất) của dụng cụ. Như vậy, việc
áp dụng điện áp cổng-nguồn dương, đã “tăng cường” mức độ các hạt tải điện tự do trong kênh
dẫn lên nhiều so với mức hạt tải điện tự do tại V
GS
= 0V. Vì lý do này mà vùng tương ứng với
các điện áp cổng dương trên các đặc tuyến dòng máng và truyền đạt thường được xem như vùng
tăng cường, còn vùng tương ứng giữa mức dòng ngắt (I
DS
= 0) và mức dòng bão hòa (I
DS
P
n
2
PGS
n
DS
V
v
1V
2
K
Vv
2
K
i
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−−=−=
(3.34)
hay
2
P
GS
DSSDS
n
V
I2
K
=
(3.36)
Các biểu thức mô tả quan hệ dòng-áp đều đúng cho cả vùng tăng cường và vùng nghèo, nhưng
cần phải xác định dấu thích hợp cho V
GS
của DMOS hoạt động ở chế độ tăng cường kênh và
nghèo kênh.
Ví dụ 3.2: Hãy vẽ đặc tuyến truyền đạt của một MOSFET kiểu nghèo có I
DSS
= 10mA và V
P
= -
4V.
Giải: Để vẽ đặc tuyến truyền đạt với các thông số đã cho ở trên, trước hết ta hãy xác định các
điểm đặc biệt trên đặc tuyến như sau:
Tại giá trị V
GS
= 0V, ta có: I
D
= I
DSS
= 10mA.
Tại giá trị V
GS
= V
P
= +1V, ta có:
mA63,15mA5625,1x10
V4
V1
1mA10
V
V
1II
2
2
P
GS
DSSD
==
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+
−=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
như đã được quy ước.
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
70
Đặc tuyến truyền đạt của DE MOS kênh-p có dạng như hình 3.17b. Dòng máng sẽ tăng lên từ
điểm ngắt tại V
GS
= V
P
trong vùng các giá trị V
GS
dương đến I
DSS
và sau đó tiếp tục tăng khi tăng
dần các giá trị âm của V
GS
. Phương trình dòng-áp đã xét ở MOSFET trên vẫn có thể áp dụng
được cho DE MOS kênh-p, nhưng cần phải viết dấu chính xác cho cả V
GS
và V
P
trong các
phương trình. Ký hiệu mạch của DEMOS kênh-p cho ở hình 3.17d.
c) Các thông số của transistor DE MOS:
Các thông số của một DE MOS kênh-n ba cực mang số hiệu 2N3797 do hãng Motorola (Mỹ)
sản xuất cho ở hình 3.18.
Qua cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của các loại transistor MOSFET đã xét ở trên, thể hiện rõ
tính đối xứng của các dụng cụ MOS. Cực đóng vai trò như cực nguồn, thực tế được xác định bởi
0 V
TP
≥
0 CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG 3: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG
71
3.4 TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG CỔNG TIẾP GIÁP – JFET.
Transistor hiệu ứng trường cổng tiếp giáp, gọi tắt là JFET [Junction Field-Effect Transistor] là
một kiểu khác của transistor hiệu ứng trường có thể được tạo thành mà không cần phải có lớp ô
xít cách ly với cực cổng bằng cách sử dụng các tiếp giáp pn. Phần sau của tên gọi cũng như đối
với MOSFET cho biết nguyên tắc làm việc của dụng cụ là được điều khiển bằng điện trường.
Ph
ần trước của tên gọi chỉ cực cổng của dụng cụ sẽ được tạo thành bởi tiếp giáp pn với đế. Do
vậy, JFET cũng còn được gọi là JUGFET.
Copyright: Tài liệu đại học ©