2

Transcript

1 1

2 2

3 3

4 4

5 5

6 6

7 7

8 8

9 9

10 Η δίνδνο ζπλαληάηαη σο δνκή ζε θάζε MOS ηξαλδίζηνξ. Απνηειείηαη από δπν νκνηνγελείο πεξηνρέο n θαη p ππξηηίνπ, νη νπνίεο δηαρσξίδνληαη από έλα ρώξν κεηάβαζεο ηεο πνιηθόηεηαο, ηνλ ιεγόκελν χώρο αραίωσης (depletion region). Τν p είλαη ππξίηην αλακηγκέλν κε πιηθό πνπ δεκηνπξγεί άηνκα δέθηεο, ι.ρ. Βόξνλ, ελώ ην n κε πιηθό πνπ δεκηνπξγεί άηνκα δόηεο, ι.ρ. Φώζθνξν. 10

11 Ο ρώξνο γύξσ από ηελ ζύλδεζε (junction), ν νπνίνο δελ πεξηιακβάλεη ειεύζεξνπο θνξείο, όπσο θαίλεηαη ζην παξαπάλσ ζρήκα νλνκάδεηαη ρώξνο αξαίσζεο ή θαη έλσζε pn. Η πνιηθόηεηα ησλ αηόκσλ δεμηά θαη αξηζηεξά από ηελ έλσζε, ηα νπνία έρνπλ ζηεξεζεί ηνπο ειεύζεξνπο θνξείο, δεκηνπξγεί (α) κηα δηαθνξά δπλακηθνύ θαηά κήθνο ηεο έλσζεο, (β) άπσζε ζηνπο ειεύζεξνπο θνξείο πνπ βξίζθνληαη πέξαλ ηνπ ρώξνπ ηεο έλσζεο. Έηζη, ζε έλα ειεθηξόλην γηα παξάδεηγκα δεμηά ζα αζθεζεί άπσζε, από ηα αξλεηηθά πνισκέλα άηνκα δεμηά, θαζώο απηό πιεζηάδεη ηελ έλσζε pn. 11

12 Σην παξαπάλσ Σρήκα θαίλεηαη ε ιεηηνπξγία κηαο δηόδνπ, όηαλ ζε απηή εθαξκόδεηαη ζεηηθή (+ ζην p, - ζην n) θαη αξλεηηθή δηαθνξά δπλακηθνύ αληίζηνηρα. Σηελ πξώηε πεξίπησζε, αξηζηεξά, ε ζεηηθή ηάζε ηαπηόρξνλα (α) αληηηίζεηαη ζην εγγελέο δπλακηθό ηεο έλσζεο θαη (β) εληζρύεη ην ξεύκα αξαίσζεο. Καηά ζπλέπεηα όηαλ ε ζεηηθή ηάζε πνπ εθαξκόδεηαη είλαη ηεο ηάμεο ηνπ εγγελνύο δπλακηθνύ, θ0, ηόηε ε παξέρεηαη ξεύκα κέζσ ηεο δηόδνπ όπσο θαίλεηαη ζηελ αξηζηεξή γξαθηθή παξάζηαζε. Η αύμεζε ηνπ ξεύκαηνο σο ζπλάξηεζε ηνπ ζεηηθνύ δπλακηθνύ είλαη εθζεηηθή! Γηα ηηο πεξηζζόηεξεο δηόδνπο ε ηάζε θαηά ηελ νπνία ε δίνδνο κπνξεί λα ζεσξεζεί όηη έρεη ειάρηζηε αληίζηαζε είλαη ηα 0.7V. Αληηζέησο, ζηελ δεύηεξε πεξίπησζε, ε αξλεηηθή ηάζε ηαπηόρξνλα (α) εληζρύεη ην εγγελέο δπλακηθό ηεο έλσζεο θαη νκνίσο (β) εληζρύεη ην ξεύκα έιμεο. Καηά ζπλέπεηα κόλν έλα κηθξό ξεύκα έιμεο παξέρεηαη κέζσ ηεο δηόδνπ, ην νπνίν ζπληειείηαη από ηνπο ειιάζσλεο θνξείο. Μόλν ζε πνιύ κεγάιν αξλεηηθό δπλακηθό (-60V) κπνξεί λα πεξάζεη ξεύκα από κηα δίνδν, όπσο θαίλεηαη ζηελ δεμηά γξαθηθή παξάζηαζε. 12

13 13

14 Η βαζηθή ιεηηνπξγία ηνπ ηξαλδίζηνξ είλαη λα δηαθόπηεη ή λα επηηξέπεη ηελ παξνρή ξεύκαηνο κεηαμύ ησλ δπν ηνπ άθξσλ, βάζε ηνπ δπλακηθνύ ζηελ πύιε ηνπ, είλαη δειαδή έλαο ειεθηξηθόο δηαθόπηεο ειεγρόκελνο κέζσ ηεο ηάζεο πνπ εθαξκόδεηαη ζηελ πύιε ηνπ ηξαλδίζηνξ. Έλα ηξαλδίζηνξ δελ κπνξεί λα πεξάζεη άπεηξν ξεύκα, κηα θαη πεξηνξίδεηαη από ηα ειεθηξηθά ηνπ ραξαθηεξηζηηθά, όπσο κέγεζνο, αγσγηκόηεηα ηνπ πιηθνύ, αξηζκόο θνξέσλ, θηι. κπνξνύκε λα ζεσξήζνπκε κηα εγγελή ηνπ αληίζηαζε, όπσο θαίλεηαη ζην παξαπάλσ ζρήκα. 14

15 Σην παξαπάλσ ζρήκα δηαθξίλνπκε ηα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ ηξαλδίζηνξ. Απνηειείηαη από δπν πεξηνρέο n+, ηελ πεγή (source) θαη ηελ θαηαβόζξα (drain) νη νπνίεο βξίζθνληαη ελζσκαησκέλεο (από θαηαζθεπήο, κέζσ δηάρπζεο ησλ θαηάιιεισλ αηόκσλ) ζε έλα ππόζηξσκα p. Αλάκεζα ζηα δπν άθξα βξίζθεηαη ε πύιε ηνπ ηξαλδίζηνξ, έλα ζηξώκα πνιύ-ππξηηίνπ, ε νπνία δηαρσξίδεηαη από ην p ππόζηξσκα από κηα ιεπηή ζηξώζε SiO2, ζρεκαηίδνληαο έηζη έλα ππθλσηή κεηαμύ πνιύ-ππξηηίνπ-νμέσο-εκηαγσγνύ (p). Τν παξαπάλσ ηξαλδίζηνξ νλνκάδεηαη ηύπνπ n. Η εθαξκνγή ηάζεο ζηελ πύιε, ζα δεκηνπξγήζεη έλα θαλάιη n, καδεύνληαο ειιάζσλεο θνξείο ηνπ p, ην νπνίν κπνξεί λα επηηξέςεη ηελ παξνρή ξεύκαηνο κεηαμύ s θαη d. Σηα ηειεπηαία ζπλδένληαη κεηαιιηθέο ζπλδέζεηο (γθξη) θαη ην όιν ηξαλδίζηνξ είλαη κνλσκέλν από ηα παξαπάλσ ζηξώκαηα κε έλα παρύ ζηξώκα δηνμεηδίνπ ηνπ ππξηηίνπ. 15

16 16

17 Σην παξαπάλσ ζρήκα βιέπνπκε κηα θάζεηε ηνκή ηνπ nmos ηξαλδίζηνξ, όπνπ δηαθξίλνληαη νη ηέζζεξηο επαθέο ηνπ, ε πύιε, ηα δπν άθξα, s θαη d, θαη ε ζύλδεζε ηνπ ππνζηξώκαηνο. Η ηειεπηαία ζπλδέεηαη γηα όια ηα n ή p ηξαλδίζηνξ ζηελ γείσζε θαη ζηελ ηάζε ηεο πεγήο αληίζηνηρα, έηζη ώζηε ην ππόζηξσκα λα έρεη αλάινγν δπλακηθό κε ην s. Παξαηεξήζηε όηη ε δνκή n+/p ησλ δπν άθξσλ ηνπ ηξαλδίζηνξ αληηζηνηρεί ζε αληίζηξνθα ζηξακκέλεο δηόδνπο. Έηζη δελ πεξλάεη ξεύκα από απηά πξνο ην ππόζηξσκα, όκσο από ηα πξνεγνύκελα μέξνπκε ηηο ηδηόηεηεο απηώλ ησλ παξαζηηηθώλ δηόδσλ, ι.ρ. ρσξεηηθόηεηα. 17

18 18

19 Εθαξκόδνληαο ηάζε ζηελ πύιε κπνξνύκε λα δεκηνπξγήζνπκε έλα ρώξν αξαίσζεο κεηαμύ s θαη d (αλάινγν ηεο δηόδνπ). Σπλερίδνληαο λα απμάλνπκε ην δπλακηθό ηεο πύιεο κπνξνύκε λα έιμνπκε ειάζζσλεο θνξείο από ην p ππόζηξσκα, έηζη ώζηε λα δεκηνπξγεζεί έλα πξνζσξηλό θαλάιη n θάησ από ην ιεπηό νμείδην. Ωο ηάζε θαησθιίνπ νξίδνπκε ην δπλακηθό ζηελ πύιε πνπ είλαη ηθαλό λα δεκηνπξγήζεη απηό ην ιεπηό θαλάιη n, λα πεηύρεη δειαδή ηζρπξή αληηζηξνθή ηνπ p ζε n. 19

20 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 26

27 Η παξάκεηξνο ι είλαη ε θιίζε ηνπ ID σο πξνο ην Vds ζηνλ θνξεζκό. 27

28 28

29 29

30 30