Transistor hiệu ứng trường MOSFET

Transistor hiệu ứng trường MOSFET

Transistor hiệu ứng trường

MOSFET

Nguyễn Quốc Cường

Bộ môn 3I-HUT

Giới thiệu

« MOSFET: Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

« MOSFET được sử dụng nhiều trong công nghệ chế tạo IC

- Chung ta sé xem xét Enhancement MOSFET

+ M6t tén khac cua MOSFET la IGFET (Insulated-gate FET)

Source (S) Gate (G) Drain (D)

Channel region

——+:—

p-type substrate

(Body)

Body (B) (b)

N-channel enhancement-type MOSFET (goi tat n- MOSFET)

Thường L = 0.1 dén 3um, W=0.2 dén 100 pum, tox = 2 đến 50nm

Transistor hiéu tng trường

Nguyễn Quốc Cường

« MOSFET là thiết bị đối xứng,có nghĩa là cực D và S có thể

thay đổi vai trò của nhau mà không làm thay đổi đặc tính của MOSFET

„ Khi không có điện thế phân cực cho G, thì giữa D và S coi như 2 diode mắc ngược nhau > nếu có điện áp giữa S và D thì sẽ không tạo ra dòng điện > điện trở lớn (cỡ 10120)

Hình thành kênh dẫn trong n-MOS

Transistor hiệu ứng trường

Nguyễn Quốc Cường

Vung triode - vp, nho

Transistor hiệu ứng trường ý

Transistor hiệu ứng trường

Hoạt động của MOSFET khi vạs lớn

«_ Giữ Vẹs = const ( > V,) va tang Ves

Dọc theo kênh dẫn từ S đến D,:

-_ điện áp thay đổi từ 0 đến vDS

- điện áp so với cực G tăng từ vẹs đến (vGS - vDS)

độ sâu của kênh dẫn sẽ có hình thang : nở rộng tại S và

thu nhỏ tại D

Nếu tiếp tục tăng vụs

« dong dién i, tang

* Vep Sẽ giảm kênh dẫn sẽ tiếp tục bị bóp nhỏ lại ở gần cực D > điện trở tăng lên theo

Vps tăng đến giá trị mà tai D điện thế giảm đến vạp = Vị, >

độ sau kênh dẫn bằng D sẽ bằng 0 > điểm pinched-off

Tai pinched-off: dòng điện hầu như không tăng khi vụs tiếp tục tăng

ip-Vps của e-NMOS khi vẹs > V,

tp

I<— Triode cee Saturation —————>-

ts < ves — Vi ups = ves — Vi

Curve bends because

the channel resistance

increases with wps5

Sy Current saturates because the

channel is pinched off at the

drain end, and vps no longer

affects the channel

Almost a straight line

with slope proportional

to (vgs — V,) tes > V,

Transistor hiệu ứng trường

Chế độ làm việc của MOSFET

._ Kênh dẫn chỉ hình thành khi vạs > Vị,

- Khi vps < (Ves-V,) > dòng điện ip tỉ lệ thuận với vps và vạs >

vùng điện trở điều khiển (hay vùng triode)

- Khi vs > (vas-V,) dòng điện không tăng khi vp„ tăng - vùng

Độ sâu của kênh dẫn khi Veg = const, va Vpg tang

Ups = 0

L: chiều dài kênh dẫn

WIL : tis6é hinh dang cla MOSFET (aspect ratio)

(Với công nghệ của năm 2003, L,,,, = 0.13m, W„„, = 0.16m, bề dày lớp oxide

MOSFET kênh P (PMOS)

„ Chế tạo trên một đế bán dẫn kiểu n, cực D và S là các vùng

Ký hiệu NMOS

._ Một kiểu ký hiệu khác cla NMOS

c Ký hiệu rút gọn trong trường hợp cực B (body) được nối với S hoặc trong trường hợp hiệu ứng của Body là nhỏ có thể bỏ qua

b Một cách ký hiệu khác của PMOS

c Trong trường hợp B nối với S

Transistor hiệu ứng trường

Nguyễn Quốc Cường

mô hình tín hiệu lớn của NMOS trong vùng bão hòa

ig =0 — <_ ip D

sy

Hiệu ứng thay đổi chiều dài kênh dẫn

(channel-length modulation)

„_ Khi vọs tăng lớn hơn vps„a; (=ves-V,) thì điểm pinched-off có

xu hướng dịch ra xa D > giảm chiều dài kênh dẫn

i, = 5k 7 Wes -v,y (1+ AVp5)

À : là một tham số quá trình (đơn vị V-1)

Đặc tính ip-vps và ảnh hưởng của Vps