Upload
pinitnai-sittithai
View
180
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
บทท่ี 4Metal-oxide-semiconductor
Field-Effect Transistor (MOSFET)
1
Electronics Engineering Technology DepartmentCollege of Industrial Technology
King Mongkut’s University of Technology North Bangkok
2
MOSFET MOSFETs have characteristics similar to those
of a JFET between cutoff and saturation at IDSS but have the added feature of characteristics that extend into the region of opposite polarity for VGS.
There are 2 types:1. Depletion type2. Enhancement type
3
MOSFET : Depletion-type MOSFET Basic construction
สาร n จะเชื่อมต่ออยูก่ับขา drain และsource
ขา gate เป็นขาที่เชื่อมต่อกับโลหะแต่ ต่ออยูก่ับฉนวนที่ทำาจาก SiO2 ซลิิคอน
ไดออกไซด์ SiO2 ซลิิคอนไดออกไซด์ คือ ฉนวนท่ีทนความรอ้นหรอืเรยีกวา่อิเล็กทรกิ
ในอุปกรณ์หลายๆ ตัวจะต่อแผนผลัก ฐานเขา้กับแหล่งจา่ยจงึมขีัน้เพิม่ขึ้นมา
เรยีกวา่ ขัว้ผลึกฐาน SS (substrate : SS) ทำาใหม้ขีัว้เพิม่เป็น4 ขัว้
4
MOSFET : Depletion-type MOSFET Basic construction
ไมม่กีารต่อไฟฟา้โดยตรง ระหวา่งขัว้ G กับสาร n ของ
MOSFET ชัน้ท่ีเป็นฉจนวน SiO2 จะทำาให้
MOSFE มค่ีาความต้านทาน(Zin)สงูตามความต้องการได้
5
MOSFET : Depletion-type MOSFET Graphic symbols :
an n-channel depletion-type an p-channel depletion-type
6
MOSFET : Depletion-type MOSFET Basic operation and characteristics of n-
channel type The drain current of a depletion-type MOSFET, ID,
is expressed as that of a JFET :ID=IDSS (1-VGS/VP)2
VP denotes the gate-source cutoff voltage. In some books, we use “VGS(off)” in abbreviation.
7
MOSFET : Depletion-type MOSFET Basic operation and characteristics of n-
channel type When VGS = 0 V
8
MOSFET : Depletion-type MOSFET Basic operation and characteristics of p-
channel type
9
MOSFET : Depletion-type MOSFET Shorthand Method
VGS ID0 IDSS
0.3 VP IDSS/20.5 VP IDSS/4VP 0+1 IDSS (1-1/VP)2
10
MOSFET : Depletion-type MOSFET Data sheet
Maximum Ratings
11
MOSFET : Depletion-type MOSFET Data sheet
Electrical Characteristics
12
MOSFET : Depletion-type MOSFET Data sheet
Electrical Characteristics
13
MOSFET : Depletion-type MOSFETExercise
Sketch the transfer characteristics for an n-channel depletion-type MOSFET with IDSS = 10 mA and VP = -4 V.
Sketch the transfer characteristics for an p-channel depletion-type MOSFET with IDSS = 6 mA and VP = +6 V.
14
MOSFET : Enhancement-type MOSFET แมว้า่โครงสรา้งและขอบเขตการทำางานของดีเมสเฟทกับอีมอสเฟทจะคล้ายกันอยูบ่า้ง แต่กราฟคณุลักษณะสมบติัของอีมอสเฟทจะแตกต่างออกไปโดนสิน้เชงิ
กล่าวคือ ไมส่ามารถนำาสมการ Shockley’s มาเขยีนกราฟการถ่ายโอนของอีมอสเฟทได้
และการควบคมุกระแสใน n-channel จะยงัไมเ่กิดขึ้นจนกระ ทัง้ แรงดันท่ี gate-to-source(VGS) จะมค่ีาสงูถึงค่าเฉพาะ
ค่าหนึ่ง
15
MOSFET : Enhancement-type MOSFET Basic contruction
The construction of an enhancement-type MOSFET is similar to thatof the depletion-type MOSFET.
The main difference is the absence of a channel between the two n-doped regions.
16
MOSFET : Enhancement-type MOSFET Basic operation and characteristics for n-
channel Enchancement-type MOSFET
การทำางาน เปิดในหน้า 264
เมื่อ VGS เพิม่ขัน้จนทำาให้ กระแสเดรนไหลเราเรยีกวา่แรงดัน เธรสโฮลด์ (threshold Voltage : VT) หรอื VGS(Th)
17
MOSFET : Enhancement-type MOSFET Basic operation and characteristics for an n-
channel enchancement-type MOSFET
18
MOSFET : Enhancement-type MOSFET Basic operation and characteristics for n-channel
enchancement-type MOSFET For levels of VGS > VT, the drain current is
k is a constant factor that is a functionof the construction of the device.
For example: if ID(on)=10 mA when VGS(on)=8 V and VT=2 V, the value of k is
k=10mA/(8V-2V)2 = 0.278 x 10^(-3) A/V2
and ID= 0.278 x 10^(-3) (VGS-2)2
19
MOSFET : Enhancement-type MOSFET Basic operation and characteristics for n-
channel enchancement-type MOSFET For example:
if ID(on)=10 mA when VGS(on)=8 V and VT=2 V, the value of k is
k=10mA/(8V-2V)2 = 0.278 x 10^(-3) A/V2
and ID= 0.278 x 10^(-3) (VGS-2)2
20
MOSFET : Enhancement-type MOSFET Basic operation and characteristics for p-
channel enchancement-type MOSFET
21
MOSFET : Enhancement-type MOSFET Basic operation and characteristics for p-
channel enchancement-type MOSFET
22
MOSFET : Enhancement-type MOSFET Graphic symbols
23
MOSFET : Enhancement-type MOSFET How to read data sheet?
Maximum Ratings
24
MOSFET : Enhancement-type MOSFET How to read data sheet?
Electrical Characteristics
25
MOSFET : Enhancement-type MOSFET How to read data sheet?
26
MOSFET : Enhancement-type MOSFETExercise
1. Using the data provided on the data sheet and an average threshold of VGS(Th) = 3 V, determine :
(a) The resulting value of k for the MOSFET(b) The transfer characteristics
27
MOSFET : Enhancement-type MOSFETExercise1. Using the data provided on the data sheet
and an average threshold of VGS(Th) = 3 V, determine :
(a) The resulting value of k for the MOSFET(b) The transfer characteristics
28
MOSFET : Enhancement-type MOSFETExercise
CMOS devices
Advantages
• Useful in logic circuit designs• Higher input impedance• Faster switching speeds• Lower operating power levels
CMOS (complementary MOSFET) uses a p-channel and n-channel MOSFET; often on the same substrate as shown here.
30
Summary
31
Homework 1. MOSFET มกีี่ประเภท อะไรบา้ง 2. สญัญาลักษณ์ของดีมอสเฟทกับอีมอสเฟทแตกต่างกันอยา่งไร 3. แรงดันเธรสโฮลด์คืออะไร D-MOSFET
E-MOSFET
4.
5.
6.
Homework(solution) 1.MOSFET มี 2 ประเภท คือ
1. Depletion type 2. Enhancement type
2. สญัญาลักษณ์ของดีมอสเฟทกับอีมอสเฟทแตกต่างกันอยา่งไร
3. แรงดันเธรสโฮลด์คืออะไร แรงดันท่ีท่ีจุดเริม่ต้นของการไหลของกระแสเดรนเกิดขึ้นเมื่อ VGS เพิม่ขัน้จนทำาให้
กระแสเดรนไหลเราเรยีกวา่แรงดัน เธรสโฮลด์ (threshold Voltage : VT) หรอื VGS(Th)
Depletion type Enhancement type
Homework(solution) 4. Sketch the transfer and drain characteristics of an n -channel depletion-
type MOSFET with IDSS = 12 mA and VP = -8 V for a range of VGS = -VP to VGS = 1 V.
Point 1 ; , Point 2; , Point 3 ; , Point 4 ; , Point 5 ; ,
VGS ID0 IDSS
0.3 VP IDSS/20.5 VP IDSS/4VP 0+1 IDSS (1-1/VP)2
Homework(solution) 5. Given ID = 14 mA and VGS = 1 V, determine V P if IDSS = 9.5
mA for a depletion-type MOSFET
Homework(solution) 6. a. Given VGS(Th) = 4 V and ID(on) = 4 mA at VGS(on) = 6 V, determine k and write the general
expression for I D in the format of Eq. (6.15). b. Sketch the transfer characteristics for the device of part (a). c. Determine I D for the device of part (a) at VGS = 2, 5, and 10 V.