Struktura

Tranzistory MOSFET s indukovaným kanálem

Tranzistory MOSFET s indukovaným kanálem

Konstrukční uspořádání tranzistorů MOSFET je znázorněno na obrázku 1. Typická délka kanálu L je 1 až 10 μm, šířka je obvykle 2 až 500 μm.

Tyto tranzistory jsou často konstruovány jako souměrné prvky, u kterých je možné zaměnit kolektor a emitor (pokud není uvnitř pouzdra emitor spojen se substrátem).

Obr. 1: Strukutra tranzistrou MOSFET s indukovaným kanálem N

Činnost tranzistoru MOSFET s indukovaným kanálem N

Tranzistory s indukovaným kanálem pracují v tzv. režimu obohacení, kdy se zvětšením řídicího napětí UGS dochází k obohacení kanálu o záporné náboje a ke zvětšení kolektorového proudu.

Kanál není vytvořen, dokud není na hradlo G přivedeno žádné napětí, UGS = 0 existují mezi emitorem a kolektorem dvě antisériově zapojené diody NP+ (dva PN přechody):

  • jedna je tvořena přechodem PN mezi oblastí P+ emitoru a substrátem typu N;

  • druhá je tvořena substrátem typu N a oblastí P+ kolektoru.

Tyto diody brání průtoku proudu od kolektoru k emitoru, je-li mezi kolektor a emitor přivedeno napětí UDS.

Oblast mezi emitorem a kolektorem má za těchto podmínek velký odpor, cca až1012Ω.

Vytvoření kanálu

K vytvoření kanálu je nutné vytvořit pod hradlem dostatečně velké elektrické pole, přitom:

  • emitor je spojen s kolektorem a se substrátem a je uzemněn (UDS = 0);

  • na hradlo je přivedeno kladné napětí UGS, které má větší hodnotu, než je velikost prahového napětí UT.

V závislosti na velikosti napětí UGS a UDS mohou nastat následující případy:

  • Při vhodné velikosti UGS > UT, kde UT je prahové napětí, dojde vlivem záporného potenciálu na hradle k odpuzení záporných elektronů a k přitahování volných děr. Při dostatečně velké koncentraci děr pod hradlem u povrchu substrátu se zde vytvoří oblast s vodivostí typu P spojující emitor a kolektor. Dojde k zániku PN přechodů v uvedené oblasti.

  • Je-li nyní mezi kolektor a emitor přivedeno napětí UDS > 0, přičemž UGS > UT a zvětšujeme-li postupně napětí UDS, začne touto indukovanou oblastí P prudce stoupat proud volných děr, neboť kanál je široký a jeho odpor je malý. Indukovaná oblast tvoří kanál pro elektrický proud.

Přechod do saturační oblasti

Při zvyšování napětí UDS mezi kolektorem a emitorem dojde postupně ke změně tvaru kanálu, což způsobí zakřivení výstupní charakteristiky a zapřičiní, že od určité velikosti napětí UDS se proud kanálem mění pouze málo, tranzistor přechází do saturační oblasti.

Prahové napětí UT

Velikost napětí UGS, při kterém se v kanálu akumuluje takové množství děr, že se vytvoří vodivý kanál, nazýváme prahové napětí UT.

Tranzistor s kanálem typu N má jednotlivé části vyrobeny z polovodičů opačného typu. Prahové napětí tranzistoru MOSFET (s kanálem typu N) je kladné a pohybuje se v rozmezí od 1 do 3 V.

Výstupní charakteristiky

Jak je vidět ze soustavy výstupních charakteristik znázorněných na obrázku 2, dochází při zvětšení napětí UGS mezi hradlem a emitorem ke zvýšení proudu ID tekoucího tranzistorem.

Na obrázku 2 jsou vyznačeny body zaškrcení kanálu pro různé hodnoty napětí na řídicí elektrodě UGS. Výraz zaškrcení kanálu zde má stejný význam jako u tranzistorů JFET.

Dochází k němu při určité velikosti napětí UDS mezi kolektorem a emitorem a napětí UGS tranzistoru. I když elektrony přicházejí do kolektoru při zaškrcení přes ochuzenou oblast, způsobuje velké elektrické pole od napětí kolektoru velkou rychlost elektronů a to, že nedojde k poklesu kolektorového proudu ID.

Obr. 2: Výstupní charakteristiky MOSFET s indukovaným N-kanálem

Příklad převodní charakteristiky tranzistoru MOSFET s indukovaným kanálem je na obrázku 3. Je třeba si všimnout toho, že převodní charakteristika má pro UGS =UT nulovou hodnotu ID (ID = 0). Teprve od tohoto bodu nabývá charakteristika sklon daný zesilovacími vlastnostmi tranzistoru.

Obr. 3: Převodní charakteristika tranzistoru MOSFET s indukovaným kanálem

Zdroje

  • KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009

Obrázky

  • Obr. 1: Autor neznámý. Strukutra tranzistrou MOSFET s indukovaným kanálem N. [online]. [cit. 2015-05-25]. Dostupné z: http://www.spsemoh.cz/vyuka/zel/tranzistory-unip.htm
  • Obr. 2: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Výstupní charakteristiky MOSFET s indukovaným N-kanálem, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
  • Obr. 3: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK.  Převodní charakteristika tranzistoru MOSFET s indukovaným kanálem, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
Logolink