1.

Omówić

rodzaje

modeli

elementów

półprzewodnikowych.

W zależności od zakresu amplitud :

- wielkosygnałowe (globalne, lokalne)

- małosygnałowe

W zależności od zakresu częstotliwości :

- stało-prądowe (D.C.) (sterowanie niezmienne w czasie)

- quasi-stałoprądowe ( sterowanie zmienne w czasie, ale

sygnał odp. nadąża za syg. pobudzenia)

- zmienno-prądowe (A.C.)

2. Co to jest punkt pracy elementu i prosta robocza.

Prosta robocza

– mając dany układ możemy narysować

charakterystykę i

A

= f(u

AB

), wyznaczając z prawa Kirchhoffa

zależność i

A

od u

AB

i przeprowadzić prostą pomocniczą

(roboczą), która określi nam punkt pracy elementu.

Punkt pracy

– jest to określenie punktu spoczynkowego

(I

0

,U

0

), czyli określenie wartości prądu i napięcia płynącego

przez element w

stanie spoczynku.

3. Wyjaśnić zasadę tworzenia modelu małosygnałowego

elementów półprzewodnikowych.

Sposób tworzenia małosygnałowych modeli liniowych dla

m.cz. na podstawie charakterystyk statycznych:

Dla małych przyrostów dla dwójnika możemy zapisać :

pochodna liczona jest w punkcie spoczynkowym (pracy) P o

współrzędnych I

D

,U

D

. Pochodna ta ma sens konduktancji

różniczkowej elementu. Skończone przyrosty ze wzoru

można

zastąpić

małymi

amplitudami

przebiegu

harmonicznego.

Inną metodą jest rozwinięcie funkcji opisującej model

statyczny w szereg Taylora i ograniczenie tego rozwinięcie do

dwóch pierwszych wyrazów.

Modele małosygnałowe dla w.cz. tworzy się uzupełniając

modele małosygnałowe dla m.cz. elementami inercyjnymi

tzn. pojemnościami, które modelują wpływ napięcia na

ładunek elektryczny w danym elemencie.

4. Co to jest półprzewodnik samoistny i domieszkowany

Półprzewodnik samoistny

– półprzewodnik czysty , nie

zawierający

żadnych

zanieczyszczeń

(domieszek).W

półprzewodniku takim znajdującym się w temperaturze

różnej od 0 K, należy oczekiwać pojawienia się swobodnych

nośników ładunku, gdyż niektóre elektrony z pasma

podstawowego

mogą

zyskać

energię

termiczną

umożliwiającą przejście do pasma przewodnictwa. Pod

wpływem wzrostu temperatury pojawiają się elektrony w

paśmie przewodnictwa i dziury w paśmie podstawowym –

jest to proces

generacji termicznej

par elektron-dziura.

Jednocześnie występuje zjawisko odwrotne – „wyłapywanie”

elektronów przez dziury, tzw.

rekombinacja

. . Półprzewodnik

samoistny nie ma dodatkowych poziomów energetycznych

w paśmie zabronionym.

Półprzewodnik domieszkowany – powstaje poprzez

wprowadzenie

atomów

innych

pierwiastków

do

przewodnika (domieszkowanie). Rozróżniamy domieszki:

akceptorowe (III-wartościowe : bor, gal, glin), dająca

dodatkowe dziury

donorowe (V-wartościowe : fosfor, arsen, antymon), dająca

dodatkowe elektrony

Wprowadzenie domieszki powoduje generację pary

ruchomy nośnik - nieruchomy jon, oraz generację termiczną

par nośników samoistnych. Występuje też rekombinacja.

5. Co wiesz na temat koncentracji nośników samoistnych,

mniejszościowych

i

większościowych

w

materiale

półprzewodnikowym.

Koncentracja nośników samoistnych n

i

to ilość nośników

generowanych termicznie w jednostce objętości.

W danej temperaturze, z dwóch różnych półprzewodników

w półprzewodniku o mniejszej wartości szerokości przerwy

energetycznej, wartość koncentracji samoistnej n

i

jest

większa. Koncentracja bardzo silnie rośnie przy wzroście

temperatury.

W półprzewodniku silnie domieszkowanym typu n nośnikami

większościowymi są elektrony,

W półprzewodniku silnie domieszkowanym typu p nośnikami

większościowymi są dziury,

6. Wymień i omów parametry materiałowe

Czas życia

p

: jest to czas jaki upływa od chwili wyłączenia

czynnika generującego, po którym nadmiarowa koncentracja

nośników maleje e-krotnie . Dla krzemu współczynnik ten

wynosi od 10

-9

s do 10

-5

s.

Średnia droga dyfuzji nośników L

p

to odległość po przejściu

której koncentracja nadmiarowych nośników maleje e-

krotnie w stosunku do wartości na oświetlanej powierzchni .

Typowa wartość dla Si w 300K: od 10

-5

cm do 10

-3

cm. Między

czasem życia a średnią drogą dyfuzji zachodzi związek:

L=(D* )

1/2

7. Omów temperaturowe zależności konduktywności

materiału półprzewodnikowego.

Konduktywność półprzewodnika samoistnego opisuje wzór:

We wzorze tym od temperatury zależy koncentracja

samoistna n

i

oraz ruchliwość ( ~ T

-3/2

). Rośnie ona

exponencjalnie przy wzroście temperatury, praktycznie

identycznie jak n

i

, gdyż czynnik potęgowy T

3/2

w funkcji n

i

(T)

jest znacznie mniej istotny niż czynnik wykładniczy.

Temperaturowy

współczynnik

względnych

zmian

konduktywności krzemu samoistnego wyraża się wzorem:

Konduktywność półprzewodnika silnie domieszkowanego

wyraża się zależnością:

We wzorze tym od temperatury zależy tylko ruchliwość (

~ T

-3/2

). Konduktywność materiału silnie domieszkowanego

maleje, przy wzroście temperatury, lecz wyraża się

zależnością potęgową, znacznie słabszą od zależności

wykładniczej dla materiału samoistnego.

8. Wyjaśnij pojęcie ”niski poziom wprowadzania nośników”

Jest to taki stan, w którym koncentracja nośników

nadmiarowych jest dużo mniejsza od koncentracji

równowagowej nośników większościowych. Aby efekt

zakłócenia

był

widoczny,

koncentracja

nośników

nadmiarowych,

musi

przewyższać

koncentrację

równowagową nośników mniejszościowych. Przy niskim

poziomie

wprowadzania

koncentracja

nośników

większościowych nie ulega zmianie, ale zmienia się

koncentracja nośników mniejszościowych.

9. Omów zasadę działania złącza nie spolaryzowanego oraz

pojęcia: złącze metalurgiczne, napięcia kontaktowe, obszar

ładunku przestrzennego

Zetknięcie dwóch obszarów n i p, powoduje powstanie

gradientów koncentracji nośników i przepływ prądów

dyfuzyjnych. Elektrony przemieszczają się z obszaru n do p, a

dziury z p do n. Przepływ nośników powoduje zachwianie

równowagi

elektrycznej,

w

sąsiedztwie

złącza

metalurgicznego tworzy się warstwa, w której powstaje pole

elektryczne. Przeciwdziałające dyfuzji nośników. Istnienie

pola powoduje przepływ prądów unoszenia obu rodzajów

nośników. Prądy te mają przeciwny zwrot i identyczną

wartość bezwzględną w stosunku do odpowiadających im

prądów dyfuzji –przy braku polaryzacji suma prądów dyfuzji i

unoszenia zarówno dla elektronów i dziur musi być równa 0

[zero].

Złącze metalurgiczne

– płaszczyzna między obszarem p i n,

na której koncentracje obu rodzajów domieszek są równe (x

= x

j

). Położenie tego złącza, mierzone w głąb podłoża, zależy

od temperatury i czasu dyfuzji.

Napięcie kontaktowe(dyfuzyjne, bariery, wbudowane

) –

różnica potencjałów między obszarami p i n, spowodowana

istnieniem pola elektrycznego w warstwie zaporowej. Dla Si

w 300K ~ 600 – 800mV.

Dla złącza skokowego wyraża się wzorem:

Napięcie U

B

zależy od koncentracji domieszek i temperatury.

Wyższy potencjał występuje w obszarze

typu n.

Obszar ładunku przestrzennego (opróżniony, przejściowy,

warstwa zaporowa)

– warstwa nieobojętna elektrycznie, w

pobliżu złącza metalurgicznego, pozbawiona nośników

swobodnych, o której ładunku przestrzennym decydują jony

domieszek. Pozostała część złącza, to obszary neutralne

elektrycznie. Obszar opróżniony wnika głębiej w obszar

słabiej domieszkowany.

10Przedstaw i omów charakterystykę i(u) złącza idealnego

(hasło: potencjał termiczny, prąd nasycenia):

Założenia upraszczające dla złącza idealnego:

- złącze skokowe

- jednowymiarowy charakter zjawisk w złączu

- niski poziom wprowadzania

- pole elektryczne występuje tylko w warstwie zaporowej

- pominięta rezystywność- obszarów neutralnych

- brak procesów generacji – rekombinacji w obszarze

zaporowym

- nie występują efekty przebicia

Wzór na statyczną charakterystykę i (u)złącza idealnego ma

postać:

Postać graficzna modelu (skala log – lin) ch-ka odcinkowo

liniowa:

W charakterystyce odcinkowo liniowej pomija się przepływ

prądu dla napięć zaporowych i przewodzących do wartości

napięcia U

p

. Dla Si U

p

wynosi od 600-800mV.

Potencjał termiczny (U

T

) – parametr, którego wartość zależy

od wartości temperatury, jego wartość dla 300K wynosi

25,8mV:

Prąd nasycenia – parametr, którego wartość zależy od

temperatury, wartość zawiera się w przedziale :

11. Omów model małosygnałowy złącza idealnego

Mały przyrost prądu I

a

diody opisanej wzorem i

A

=f(u

AB

) wokół

punktu pracy o współrzędnych (I

0

; U

0

) jest równy różniczce

funkcji opisującej zależność i od u:

gdzie przewodność dyfuzyjna:

Rezystancja dyfuzyjna (dla małych sygnałów przyrostowa,

dynamiczna)

Dla kierunku przewodzenia można w liczniku pominąć I

S

wobec prądu polaryzującego. Dla polaryzacji zaporowej, gdy i

= -I

S

rezystancja różniczkowa jest nieskończenie duża.

Dla małych amplitud sygnałów harmonicznych m.cz. można

zapisać dla złącza idealnego:

Schemat zastępczy dla modelu małosygnałowego m.cz. to

rezystor, którego wartość rezystancji zależy od punktu pracy

(składowej stałej).

Dla dużych częstotliwości należy uwzględnić elementy

inercyjne (pojemność dyfuzyjną i bariery):

Y= g

d

+ j (C

d

+ C

j

)

I

t

= I

a

+ I

dj

= Y * U

ab

|I

t

| = [ g

d

2

+

2

( C

d

+ C

j

)

2

]

1/2

* U

ab

12. Zdefiniować pojęcia: pojemność złączowa, pojemność

dyfuzyjna złącza.

Poj. dyfuzyjna – C

d

– reprezentuje zależność nośników

mniejszościowych na brzegu obszarów neutralnych od

wielkości napięcia na złączu

czyli Cd ~ i – prąd dyfuzyjny

τ – czasu przelotu nośników mniejszościowych przez bazę

złącza

czyli C

d

~ Io – istnieje praktycznie dla kierunków

przewodzenia

Poj. złączowa – jest związana z ładunkiem nie

skompresowanych jonów domieszek domieszek obszarze

opóźnionym złączu. Formalnie można przypisać tej wartości

pojemność identyczną jak dla kondensatora płaskiego o

odległości między okładkami różnej d.

13. Omówić właściwości diod rzeczywistych.

Złącze liniowe

W rzeczywistych złączach rozkład domieszek

opisany zazwyczaj jest funkcją exponencjalną. Takie złącze

(liniowe) różni się od skokowego inną zależnością szerokości

warstwy ładunku przestrzennego i pojemności złączowej od

napięcia (występują wykładnik potęgowy 1/3 a nie 1/2):

(Wzór jak dla Cj tylko ze 3 przy piweriwastku)

Wysoki poziom wprowadzania

– dla dużych gęstości prądu

koncentracja mniejszościowych nośników nadmiarowych w

bazie diody, staje się porównywalna z równowagową

koncentracją nopśników większościowych

Rezystancja szeregowa diody

– składa się na nią rezystancja

obszarów neutralnych półprzewodnika, głównie bazy,

rezystancja

styków

metal

–

półprzewodnik,

oraz

doprowadzeń metalowych. Największą wartość przyjmuje

rezystancja półprzewodnika. Rezystancję szeregową należy

uwzględnić w charakterystykach statycznych i modelu

małosygnałowym:

Dla przypadku stałoprądowego:rys to dioda i rs...

dla małego sygnału:

Procesy generacji i rekombinacji w warstwie zaporowej

. W

rzeczywistości przy polaryzacji zaporowej duże znaczenie ma

generacja nośników w warstwie zaporowej. Powstaje p

rąd

generacyjny

i

G

, dla Si jest on znacznie większy niż I

S

( dla

300K i

G

10

3

I

S

). Prąd generacyjny decyduje o

prądzie

wstecznym

diody i zależy od napięcia tak jak szerokość

warstwy zaporowej d(u). Zależy

też od koncentracji samoistnej n

i

Dla kierunku przewodzenia w obszarze bariery, część

przelatujących nośników rekombinuje. Powstaje dodatkowa

składowa prądu, tzw.

prąd rekombinacyjny

( m należy <1;2>):

Przebicie złącza

– zwiększanie napięcia wstecznego na

diodzie powoduje wzrost prądu wstecznego. Przy pewnej

wartości napięcia wstecznego niewielkie zmiany napięcia

powodują znaczny wzrost prądu obszar (zakres) przebicia

złącza.

Zjawisko Zenera

– ma miejsce w złączach o silnie

domieszkowanej bazie, zachodzi przy natężeniu pola

elektrycznego E 10

6

V/ cm oraz małej grubości warsty

opróżnionej (typowo poniżej 4V). Zachodzi bezpośrednie

przechodzenie nośników, np. dziur z pasma podstawiowego

w obszarze n do pasma przewodnictwa w obszarze p, przez

barierę energetyczną, którą jest warstwa zaporowa. Jest to

tzw. efekt tunelowy.

zjawisko jonizacji zderzeniowej

– występuje dla złącz słabiej

domieszkowanych, zachodzi przy mniejszych natężeniach

pola ale grubszych warstwach opróżnionych,( typowo

zachodzi powyżej 10V). Dla odpowiednio dużego napięcia

przechodzi w powielanie lawinowe.

i

W

- prąd wsteczny w zakresie powielania lawinowego

Iw=M*i0

14. Omówić wpływ temperatury na właściwości diody

- charakterystyka wsteczna

β

Z

<0 – ef. Zenera; βZ>0 – ef. Lawinowy; βZ≈0 – dla u = 4÷6V

≈8%K

-1

≈16%k

-

- kierunek przewodzenia

Dopuszczalna temperatura złącza:

15. Omówić zakresy i konfiguracje pracy tranzystora

bipolarnego (BJT).

Zakresy pracy:

aktywny normalny – złącze emiterowe spolaryzowane

przewodząco, a kolektorowe zaporowo

nasycenia – E i C przewodząco

odcięcia – oba zaporowo

aktywny inwersyjny – E zaporowo C przewodzaco

Konfiguracje

pracy

jednoznacznie

definiują

sposób

połączenia końcówek z układami zewnętrznymi: wejściowym

(sterującym) i wyjściowym (sterowanym). W nazwie

konfiguracji jest informacja o końcówce wspólnej dla wejścia

i wyjścia. Znaki napięć są określone przez typ tranzystora

(npn, pnp).(WB WC WE)

16. Omówić zasadę działania idealnego BJT w zakresie

aktywnym normalnym.

Zakres aktywny normalny

– złącze emiterowe spolaryzowane

przewodząco, kolektorowe zaporowo.

W tranzystorze npn spolaryzowanym przewodząco złącze

emiterowe wstrzykuje do bazy nadmiarowe elektrony, te

przemieszczają się w stronę złącza kolektorowego i po

przejściu przez warstwę zaporową docierają do kolektora.

Baza jest „linią transmisyjną”, przez którą płyną nośniki. Aby

ten przepływ był związany z możliwie małymi stratami na

rekombinację, obszar bazy powinien być „krótki” w sensie

używanym dla złącza pn.

17. Co to jest model Ebersa-Molla (postać i przeznaczenie)

Model ten jest słuszny dla dowolnego zakresu pracy.

Umożliwia uzyskanie charakterystyk statycznych dla

dowolnego zakresu pracy.

W pierwszej wersji modelu (injekcyjny) zakłada się, że prąd

każdego złącza stanowi superpozycję prądu własnego oraz

prądu zbieranego, wstrzykniętego przez drugie złącze.

iew icw - prądy własne

N

– zwarciowy współczynnik wzmocnienia prądowego dla

zakresu aktywnego normalnego, i dla inwersyjnego

Pełna postać modelu:

Druga wersja modelu może być zapisana, jako równania

admitancyjne, w których prąd emitera i kolektora

uzależnione są od napięć na złączach:

Z równania i

C

=... wynika postać charakterystyki przenoszenia:

18. Omówić małosygnałowy model BJT dla m.cz. w

konfiguracji WB i WE.

Modele te dotyczą zakresu aktywnego normalnego, są

słuszne dla m.cz.:

Konfiguracja WB:

Dla obwodu wejściowego:

gdzie:

Więc:

Prąd emitera w zakresie jest ujemny, więc konduktancja g

eb

jest dodatnia.

Z charakterystyki przenoszenia i

C

(i

E

)= - i

E

+I

CB0

wynika, że w

obwodzie wejściowym występuje generator prądowy o

wydajności sterowany prądem wejściowym :Ic=-alfa *Ie

Transkonduktancja g

m

jest zdefiniowana jako

i

Między g

m

i g

eb

zachodzi zależność : g

m

=g

be

*

Schemat zastępczy :

Konfiguracja WE:

Dla obwodu wejściowego

konduktancja wejściowa g

be

jest zdefiniowana

Dla obwodu wyjściowego :

oraz

Transkonduktancja g

m

zdefiniowana jest tak jak dla układu

WB. Zachodzi związek : g

m

= * g

be

Schemat

zastępczy :

20. Co wiesz na temat parametrów czwórnikowych BJT

Impedancyjne – mierzone w warunkach rozwarcia wejścia

lub wyjścia.

lub

Admitancyjne – mierzone przy zwarciu wejścia lub wyjścia

lub

Hybrydowe – mierzone przy rozwarciu wejścia lub zwarciu

wyjścia

21. Co to jest tranzystor rzeczywisty?

W tranzystorze rzeczywistym uwzględnia się wpływ zjawisk

drugorzędnych, nieuwzględnionych w analizie tranzystora

idealnego.

Rezystancje szeregowe

.Rezystywność obszarów neutralnych

powoduje

powstanie

rezystancji

szeregowych

(rozproszonych), które występują między końcówkami

tranzystora idealnego a rzeczywistego.

Największe znaczenie ma rezystancja szeregowa bazy r

b

,

która zależy od szerokości bazy. Im mniejsza szerokość bazy

tym większa rezystancja. Nie jest liniowa. Wartości zawierają

się w rzędzie od kilkunastu – kilkuset .

Rezystancja szeregowa kolektora (r

c

) Wartości są rzędu kilku

.

Rezystancja szeregowa emitera przyjmuje najmniejsze

wartości gdyż jest to obszar silnie domieszkowany o

niewielkiej grubości. Wartość jest rzędu ułamka .

Małe gęstości prądu.

Występuje zjawisko rekombinacji w złaczu przewodzącym (

złącze E-B – jak takie piwko).

Duże gęstości prądu.

Przy wzroście prądu kolektora w zakresie dużych prądów

maleje współczynnik oraz częstotliwość f

T

– właściwości

użytkowe stają się gorsze. Występuje :

- modulacja konduktywności bazy

- rozszerzanie bazy (efekt Kirke’a)

- quasi nasycenie

- samo-nagrzewanie

- zagęszczanie prądu emitera

Prądy zerowe.

Są to prądy płynące przez tranzystor włączony w układzie

dwójnika, tzn. przy polaryzacji 2 końcówek, bez oddzielnej

polaryzacji końcówki 3-ej.

O – rozwarcie

S – zwarcie

R – rezystor

Przykłady:

22. Co wiesz na temat zjawisk przebicia w BJT?

Wartości napięcia przebicia obu złączy zależą od konfiguracji

pracy, sposobu włączenia zacisku sterującego oraz od

wartości prądu sterującego. Najważniejsze katalogowe

parametry charakterystyczne dotyczą rozwarcia elektrody

sterującej.

Konfiguracja WB:

i

E

=0

dla złącza kolektorowego (przebicie lawinowe U

CB0

-

kilkadziesiąt – kilkaset voltów)

dla złącza emiterowego (przebicie Zenera U

EB0

– do 10V)

i

E

0

M – współczynnik powielania lawinowego

Wniosek: napięcie przebicia nie zależy od prądu emitera i

U

BR

=U

CB0

Konfiguracja WE:

Napięcia przebicia w tej konfiguracji są mniejsze niż w WB

dla rozwartej bazy: i

B

=0

stąd:

dla i

B

0

23. Wyjaśnić efekt Early’ego.

Dla zakresu aktywnego normalnego ważna jest warstwa

opróżniona złącza kolektorowego spolaryzowana zaporowo.

Wnika ona w słabiej domieszkowany obszar, a wnikając w

nierównomiernie domieszkowany obszar bazy, napotyka na

półprzewodnik coraz silniej domieszkowany. Jest to tzw.

zjawisko Early’ego.

Efekt ten powoduje, że w zależnosciach statycznych prąd

kolektora oraz bazy , jak również współczynnik zależą od

napięcia kolektor – emiter. Statyczna charakterystyka

wyjściowa z uwzględnieniem efektu Early’ego dla zakresu

aktywnego normalnego (z pominięciem I

CE0

):

24. Omówić charakterystyki statyczne BJT

Charakterystyki statyczne przedstawiają zależności między

prądami: I

E

, I

C

, I

B

i napięciami: U

BE

U

CE

, U

CB

, stałymi lub

wolno zmiennymi. Rozróżnia się charakterystyki: wyjściowe,

wejściowe, prądowe (przejściowe) i sprzężenia zwrotnego.

Charakterystyki wyjściowe przedstawiają związek między I

C

i

U

CE

. Przebieg ich zależy od I

B

, który jest parametrem rodziny

krzywych. Na charakterystykach wyjściowych można

wyróżnić kilka zakresów związanych z polaryzacją złączy

emiter-baza i kolektor-baza. Najczęściej wykorzystuje się

zakres aktywny, w którym złącze emiter-baza jest

spolaryzowany w kierunku przewodzenia (potencjał bazy

wyższy od potencjału emitera), zaś złącze kolektor-baza w

kierunku wstecznym (potencjał kolektora wyższy od

potencjału bazy). Tranzystor ma właściwości wzmacniające.

Prądy zerowe tranzystora wynikają z prądów wstecznych

złączy kolektorowego i emiterowego. W tranzystorach

krzemowych małej mocy jest on rzędu Na

25. Zdefiniować obszar bezpiecznej pracy BJT (SOA)

Jest to obszar wyróżniony przez dopuszczalne parametry

katalogowe:

- moc admisyjna P

a

- prąd max. I

Cmax

- Prąd zerowy I

CE0

- Napięcie max. U

CE0

- Napięcie nasycenia U

CESat

26. Omówić wpływ temperatury na właściwości BJT

gdzie:

oraz:

gdzie:

Temperatura wpływa na prądy zerowe:

czyli:

oraz:

czyli dwukrotny wzrost I

CB0

przy wzroście temp o każde

10

0

C!!!

- wpływ temp. na współczynnik (od ułamka do ok. 1 %/ K ).

- wpływ temp na napięcie przebicia

28. Wyjaśnić pojęcia: tranzystor z kanałem wbudowanym,

tranzystor pracujący ze zubożaniem, tranzystor normalnie

wyłączony, tranzystor z kanałem n, napięcie progowe.

tranzystor z kanałem wbudowanym

– kanał istnieje w

postaci wbudowanej warstwy półprzewodnika o przeciwnym

typie przewodnictwa niż podłoże;

tranzystor pracujący ze zubożaniem

(depletion mode) –

płynie w nim prąd przy napięciu u

GS

=0; może to być

tranzystor z kanałem wbudowanym lub indukowanym;

DMOS

tranzystor normalnie wyłączony

- nie płynie w nim prąd przy

napięciu u

GS

=0; tranzystor pracujący ze wzbogacaniem (

enhancemnet mode); może to być tylko tranzystor z

kanałem indukowanym; EMOS

tranzystor z kanałem n

– przewodnictwo typu n w kanale;

napięcie progowe (threshold voltage, U

p

)

– określa sytuację

kiedy powstaje kanał i zaczyna płynąć prąd drenu; napięcie

bramka – źródło (u

GS

) przy którym koncentracja nośników

mniejszościowych pod elektrodą bramki jest równa

równowagowej koncentracji nośników większościowych w

podłożu;

30. Omówić wpływ temperatury na charakterystyki

tranzystora MOS.

Temperatura wpływa na parametr materiałowy B. Wynika to

z zależności tego parametru od ruchliwości (T). Wpływa to

więc na charakterystyki wyjściowe:

Wartość

wynika z wpływu międzypowierzchni na

mechanizm rozpraszania nośników.

Napięcie progowe zależy liniowo od temperatury:

W zakresie małych prądów drenu przy ustalonym napięciu

u

GS

prąd drenu rośnie przy wzroście temperatury, natomiast

w zakresie dużych prądów – maleje. Istnieje punkt

autokompresji termicznej, w którym temperatura nie

wpływa na prąd drenu. Malenie prądu drenu przy wzroście

temperatury widoczne dla dużych prądów, jest bardzo

korzystną cechą tranzystora MOS.

Jak tworzy się model małosygnałowy tranzystora MOS –

narysować taki model dla m.cz. sygnału.

W przypadku modelu m.cz, model małosygnałowy

tranzystora MOS (sposób tworzenia w pytaniu 3 o

elementach półprzewodnikowych) należy uzupełnić o

pojemności:

- pojemność bramki: Cg

- poj. Warstwy opróżnionej dren – podłoże: Cdb

- pojemności pasożytnicze wynikające z nakładki powierzchni

bramki nad źródło i dren: C

gse

, C

gde

31. Jakie dodatkowe efekty i w jaki sposób uwzględnia się

w modelu rzeczywistego tranzystora MOS.

Modulacja ruchliwości nośników – nośniki poruszające się w

stronę drenu zderzają się z międzypowierzchnią Si-SiO

2

, co

wpływa na ich ruchliwość; na częstość zderzeń wpływa

napięcie u

GS

decydujące o polu elektrycznym poprzecznym

do kanału; modyfikuje się charakterystyki statyczne poprzez

zmianę parametru B (zastąpienie

0

przez ); uwzględniając

wpływ u

GS

na ruchliwość mamy ( - parametr modelu):

Modulacja długości kanału (zakres pentodowy) – w zakresie

pentodowym w tranzystorze idealnym kanał jest odcięty przy

drenie; w tranzystorze rzeczywistym odcięcie nie jest

punktowe – przy wzroście napięcia u

DS

odcięcie kanału ma

miejsce na coraz większym odcinku; występuje więc

modulacja napięciowa długości kanału – w miarę wzrosty u

DS

maleje rezystancja kanału, więc prąd drenu rośnie ( -

parametr modelu, 1/ - sens tak jak napięcie Early’ego w

BJT):

Praca w zakresie podprogowym (odcięcia) – założono że w

zakresie odcięcia prąd drenu nie płynie; w rzeczywistości

przy braku kanału między drenem i podłożem istnieje złącze

pn spolaryzowane zaporowo (drugie złącze podłoże – źródło

jest zwarte); płynie więc prąd drenu o wartości zbliżonej do

prądu wstecznego złącza; prąd ten silnie rośnie przy wzroście

temperatury;

W tranzystorze rzeczywistym może wystąpić przebicie

zaporowo spolaryzowanego złącza pn dren podłoże.Z

powodu charakteru domieszkowania podłoża przebicie ma

charakter lawinowy. W katalogu określa się to napięcie przy

określonym napięciu bramki np. u

GS

=0.

Przebicie między bramką a podłożem to przebicie warstwy

izolatora, gdy natężenie pola elektrycznego w izolatorze

osiąga krytyczną wartość. Występuje przy kilkudziesięciu

voltach, przeważnie niszczy strukturę(w izolatorze powstają

kanaliki zwierające bramkę i podłoże).