ترانزيستورهاي اثر ميدان (FET)

1. ترانزيستورهاي اثر ميدان (FET) الکترونیک دیجیتال تهیه و تنظیم : مهندس رضا فهیمی

2. ترانزيستور اثر ميدان Field Effect Transistor كلمه ترانزيستور از دو كلمه ترانس (انتقال) و رزيستور (مقاومت) تشكيل شده است و قطعه اي است كه از طريق انتقال مقاومت به خروجي باعث تقويت مي شود. الکترونیک دیجیتال ترانزیستور اثر میدان، دسته‌ای ازترانزيستورها هستند که مبنای کار کنترل جریان در آن‌ها توسط یک ميدان الكتريكي صورت می‌گیرد. با توجه به اینکه در این ترانزیستورها تنها یک نوع حامل بار (الکترون آزاد یا حفره) در ایجاد جریان الکتریکی دخالت دارند، می‌توان آن‌ها را جزو ترانزیستورهای تک‌قطبی محسوب کرد

3. تعريف خروج الكترون ها ورود الكترون ها الکترونیک دیجیتال اگر قطعه اي سيليكن با ناخالصي نوع n به دو سر يك باتري وصل كنيم جرياني با توجه به ميزان مقاومت سيليكن در مدار جاري مي شود

4. ايجاد ترانزيستور اثر ميدان (FET) الکترونیک دیجیتال ناحيه n كانال ناميده مي شود نفوذ فلز سه ظرفيتي (مانند اينديم) و ايجاد ناحيه اي از نوع P با غلظتي بيش از ناحيه n و ايجاد اتصالي به نام گيت

5. باياس ترانزيستور و نحوه كاركرد آن 1 الکترونیک دیجیتال ناحيه تخليه (سد) اگر هر سه پايه سورس و درين را اتصال كوتاه كنيم هيچ جرياني از كانال نمي گذرد و دو ناحيه P و n توسط ناحيه تخليه از هم جدا مي شوند.

6. باياس ترانزيستور و نحوه كاركرد آن 2 الکترونیک دیجیتال • اتصال منبع ولتاژ بين دو پايه درين و سورس به طوري كه درين نسبت به سورس مثبت تر باشد باعث : • افزايش ولتاژ باعث عبور جريان از كانال مي شود • اتصال pn در گرايش معكوس قرار مي گيرد • ناحيه تخليه (سد) در داخل كانال نفوذ مي كند • با افزايش بيشتر ولتاژ كانال مسدود مي شود. (ولتاژ بحراني Vp) افزايش بيش از حد ولتاژ درين – سورس باعث شكست بهمني يا سوختن ترانزيستور مي شود در هنگام رسيدن به ولتاژ بحراني جريان FET به حداكثر (جريان اشباع درين – سورس) مي رسد

7. باياس ترانزيستور و نحوه كاركرد آن 3 الکترونیک دیجیتال افزايش VDS 4

8. باياس ترانزيستور و نحوه كاركرد آن 5 الکترونیک دیجیتال اتصال منبع ولتاژ بين گيت و سورس در جهت معكوس باعث: - گسترش هر چه سريعتر ناحيه تخليه در كانال در صورتيكه ولتاژ درين – سورس را بيش از ولتاژ بحراني انتخاب كنيم: با افزايش ولتاز گيت سورس سرانجام جريان درين صفر خواهد شد. كه به اين ولتاژ ، ولتاژ قطع يا آستانه ناميده مي شود.

9. درعمل به منظور داشتن مشخصات الكتريكي بهتر ناحيه گيت را در دو طرف كانال ايجاد مي كنند و اين دو ناحيه از داخل به هم متصل مي شود. الکترونیک دیجیتال در اين حالت پيشروي ناحيه تخليه متناسب خواهد بود

10. الکترونیک دیجیتال

11. علامت اختصاري FET الکترونیک دیجیتال

12. در اين ترانزيستور تغييرات جريان درين وابسته به تغييرات VDS و VGS مي باشد منحني مشخصه FET ناحيه قطع : رسيدن ولتاژ VGS به ولتاژ آستانه و تسخير كانال توسط ناحيه تخليه هيچ جرياني از درين نمي گذرد الکترونیک دیجیتال ناحيه اشباع: در اين ناحيه ترانزيستور مانند منبع جريان ثابت عمل مي كند شرط حضور ترانزيستور در اين ناحيه : VDS  VP + VGS ناحيه خطي: در اين ناحيه ترانزيستور مانند مقاومت خطي عمل مي كند و مقدار آن با مقدار VGS تغيير مي كند.

13. ترانزيستور اثر ميدان با گيت عايق شده Isolated Gate Field Effect Transistor (IGFET) به دليل افزايش جريان نشتي گيت – سورس با افزايش دماي محيط و كاهش مقاومت ورودي آن گيت ترانزيستور با يك لايه اكسيد سيليكون از كانال جدا شده و هيچ جرياني از آن عبور نمي كند . (مقاومت ورودي بي نهايت) ترانزيستورجديد MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) ناميده مي شود. الکترونیک دیجیتال

14. N Channel Mosfet الکترونیک دیجیتال

15. N Channel Mosfet الکترونیک دیجیتال • عرض کانال (W) و طول کانال (L) • در نوعN channel بدنه از نوع p و در نوع p کانال بدنه از نوع n ساخته می شود.

16. N Channel Mosfet الکترونیک دیجیتال • عملکرد ترانزیستور با ولتاژ گیت صفر • دو لایه فلزی موازی گیت و بدنه صفحات یک خازن و لایه اکسید نیز عایق آن را تشکیل می دهد. • دو اتصال pn (اتصال سورس – بدنه و درین – بدنه) دو دیود پشت به پشت را تشکیل می دهد • پایه های سورس و درین بوسیله دو ناحیه تخلیه ایزوله شده و جریانی بین آن ها برقرار نیست. • ایجاد کانال به منظور برقراری جریان • بارهای مثبت حاصل از اتصال گیت به ولتاژ مثبت به گیت اعمال می شود. • بارهای مثبت حفره ها را به سمت پائین بدنه (ناحیه p) می رانند و ناحیه تخلیه ای در منطقه زیر ناحیه گیت شکل می گیرد. • همزمان با افزایش ولتاژ گیت (رسیدن به ولتاژ آستانه) الکترون ها در سطح زیرلایه تجمع می کنند (ولتاژ مثبت گیت الکترون ها را از نواحی N سورس و درین جذب می کند) • دو ناحیه n باعث ایجاد کانالی به منظور برقراری جریان بین سورس و درین عمل می کنند.

17. N Channel Mosfet الکترونیک دیجیتال • اعمال ولتاژ به درین - سورس (VDS) • در صورت اعمال VGS > Vt کانال القائی بوجود آمده و ترانزیستور را نوع افزایشی می نامند • با اعمال VDS الکترون های آزاد بین سورس و درین از ناحیه کانال القائی عبور می کنند (ایجاد جریان) • جهت جریان ایجاد شده (iD) عکس جهت حرکت بارهای منفی است. • کانال بوسیله ولتاژ موثر (overdrive volta) کنترل می شود داریم : Vov=Vgs-Vt • بار الکترون موجود در کانال برابر است با : |Q| = CoxWLvOV • ظرفیت خازن ایجاد شده در قطعه Cox در واحد سطح قطعه تعریف می شود. • MOSFETرا در این ناحیه می توان به عنوان یک مقاومت خطی در نظر گرفت که با عکس افزایش ولتاژ گیت برابر است. (شکل مقابل را ملاحظه کنید)

18. N Channel Mosfet الکترونیک دیجیتال • افزایش ولتاژ درین - سورس (VDS) • با افزایش VDS ولتاژ در طول کانال از 0 تا VDS افزایش و ولتاژ بین گیت و کانال از VGS در سورس تا VGS-VDS در درین کاهش می یابد. • در نقطه VDSsat= VGS-Vt نقطه بحرانی ایجاد می شود. • ناحیه تریودی : VDS < VDSsat • ناحیه اشباع : VDS VDSsat

19. الکترونیک دیجیتال • MOSFETP-channel • در این نوع لایه بدنه از نوع n و لایه های سورس و درین از نوع p می باشند. • سورس به ولتاژ بالا و درین به ولتاژ پائین متصل می شود. • ولتاژ منفی به گیت اعمال می شود و این باعث تجمع بارهای منفی در گیت و الکترون ها در لایه بدنه (n) به سمت پائین بدنه رانده می شوند. (ناحیه تخلیه زیر لایه گیت ایجاد می شود) • با افزایش ولتاژ منفی گیت (بالاتر از Vt) حفره ها موجود در لایه های p جذب و در ناحیه زیر گیت تجمع می کنند • ناحیه القائی p (کانال p) جهت برقراری جریان بین سورس و درین ایجاد می شود.

20. Complementary MOS CMOS الکترونیک دیجیتال در تکنولوژی CMOS از یک PMOS و یک NMOSاستفاده می شود. دیود شاتکی بوسیله پیوند یک نیمه رسانا و یک فلز ایجاد میشود که به این پیوند،پیوند فلز – نیمه هادی گفته میشود معمولا فلز مورد استفاده موليبدنوم‌، پلاتين‌، كروم‌ و یا تنگستن است و نیمه هادی از نوع N میباشد. قسمت فلزی بعنوان آند و نیمه هادی نوع N بعنوان کاتد دیود عمل میکند.