Elektronika V1 - 1.semestr

G (Gate = hradlo)

• přechody P+N se nazývají hradlové (G)

• přechod NN+ (S) injektuje při vhodné polaritě připojeného napětí do oblasti kanálu (1) majoritní nosiče náboje

• přechod N+N (D) se polarizuje do závěrného směru

• tranzistor bez řídícího napětí uGS

  • vlivem difúzního napětí se vytvoří rovnoměrně široké ochuzené oblasti (4)

• tranzistor s řídícím napětím uGS (viz schéma)

  • přechody P+N polarizovány v závěrném směru ⇒ rozšíření ochuzené oblasti ⇒ zúžení vodivého kanálu ⇒ tranzistory řízené polem

• tranzistor s připojeným napětím uDS

  • kanálem protékají elektrony ⇒ vznik proudu mezi S a D

  • díky kladnému napětí na D změní ochuzená oblast tvar ⇒ zúžení kanálu v oblasti D ⇒ zvětšení jeho odporu ⇒ při vzrůstu napětí uDS vzrůstá proud jen nepatrně až se jeho růst zcela zastaví ⇒ viz VA charakteristiky

2.1.6 Součástky s povrchovými jevy.

Tranzistory s izolovaným hradlem.

• IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor)

  • MISFET (Metal Insulator Semiconductor FET)

  • MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) – jako izolační vrstva je použit oxid křemíku (SiO2)

Struktura MIS

• polovodivá podložka (křemíková destička o tloušťce 300 až 500 μm)

• vrstva dielektrika (např. vrstva SiO2) o tloušťce 0,05 až 0,2μm

• elektroda G (gate) z dobře vodivého materiálu (hliník, polykrystalický křemík) o tloušťce několika desítek μm

• rozdělení tranzistorů MOSFET

  • MOSFET s indukovaným kanálem

  • MOSFET s vodivým kanálem

Činnost tranzistoru MOSFET s indukovaným kanálem

• napětí uDS = 0, napětí uGS = 0

  • odpor mezi S a D je velmi vysoký ⇒ proud tranzistorem je téměř nulový

• napětí uGS přiložíme tak, že hradlo G je na vyšším potenciálu než source S

  • v izolační vrstvě pod hradlem se vytvoří elektrostatické pole

  • jeho siločáry směřují od hradla k povrchu polovodiče ⇒ díry jsou odpuzovány do polovodiče, elektrony jsou k povrchu přitahovány ⇒ výrazné zvýšení koncentrace elektronů pod hradlem ⇒ inverze populace (typ vodivosti se mění od P k N) ⇒ zmizí přechod PN u elektrod S a D ⇒ vytvoří se vodivé spojení S-D = kanál konstantního průřezu

• přiložíme napětí uGS

  • kanálem bude protékat proud iD

  • vlivem odporu kanálu se napětí mezi kanálem a hradlem uG zmenšuje a kanál se zužuje (viz průběh charakteristik)

Činnost tranzistoru MOSFET s vodivým kanálem

• proud jím může protékat i při nulovém napětí na hradle

• uGS > 0

  • tranzistor pracuje v akumulačním režimu

  • s růstem napětí na hradle roste proud tranzistorem ⇒ obohacený mód

• uGS < 0

  • na hradle záporný náboj, který přitahuje díry a odpuzuje elektrony ⇒ kanál se zúží

  • při růstu napětí na hradle klesá proud tranzistorem ⇒ ochuzený mód

Vlastnosti:

• izolační vrstva hradla velmi tenká, provozní napětí vždy blízko průrazu ⇒ malý nadbytečný náboj na hradle způsobí průraz izolace a trvalou destrukci tranzistoru

  • tranzistory a integrované obvody na bázi MOSFET je nutno vkládat do kovových fólií, zkratovat jejich výstupní svorky nebo je zasouvat do vodivé (grafitem plněné) polyuretanové pěny

  • při manipulaci nutno zabránit tvorbě elektrostatických nábojů (antistatické oděvy, uzemnění, antistatické pracovní povrchy, podlahy, ….)