Laboratorium Elektroniki cz I 8

Ćwiczenie 5

TRANZYSTOR POLOWY TYPU MIS

5.1.    Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z: własnościami tranzystora polowego z izolowaną bramką oraz podstawowymi parametrami technicznymi tranzystora MIS FET. Program ćwiczenia obejmuje pomiary charakterystyk statycznych oraz wykorzystanie wyników tych pomiarów do wyznaczania podstawowych parametrów technicznych tranzystora MIS FET.

5.2.    Wprowadzenie

5.2.1. Wiadomości ogólne

Tranzystorem polowym z izolowaną bramką (tranzystorem unipolarnym z izolowaną bramką) nazywamy element półprzewodnikowy sterowany za pomocą pola elektrycznego i posiadający zdolności wzmacniania sygnałów prądu stałego i zmiennego. W przyrządzie tym, podobnie jak w tranzystorze polowym typu PN FET, sterowanie prądem wyjściowym odbywa się za pomocą poprzecznego pola elektrycznego zmieniającego konduktywność półprzewodnika, z którego wykonano tranzystor. W odróżnieniu do tranzystora PN FET elektroda sterująca (bramka) oddzielona jest od kanału za pomocą dielektryka, którym najczęściej jest warstwa Si0₂ (stąd bierze się także nazwa MOS FET). Ze względu na konstrukcję kanału tranzystory te dzielimy na tranzystory z kanałem zubożanym i wzbogacanym. Tranzystory z kanałem zubożanym charakteryzują się istnieniem wbudowanej technologicznie (metodą dyfuzji, implantacji lub epitaksji) lub indukowanej warstwy przewodzącej pomiędzy obszarami źródła i drenu, o tym samym typie przewodnictwa co te obszary. Dzięki temu przy zerowej polaryzacji bramki Ugs = 0 przez tranzystor płynie duży prąd drenu Id-

story tego typu posiadają możliwość dwóch stanów pracy: _ze zubożaniem, gdy wzrost bezwzględnej wartości napięcia Uqs (kanał n: Ugs < 0, kanał p: Ugs > 0) powoduje zmniejszenie się konduktywności kanału i spadek wartości prądu drenu Id.

mówimy wówczas, że tranzystor jest normalnie włączony. W związku

ze wzbogacaniem, gdy wzrost bezwzględnej wartości napięcia Ugs o przeciwnej polaryzacji (kanał n: U_Gs > 0, kanał p: U_Qs < 0) powoduje wzrost konduktywności kanału, a tym samym wzrost wartości prądu drenu l_D.

Tranzystory z kanałem wzbogacanym charakteryzują się brakiem warstwy przewodzącej pomiędzy źródłem a drenem przy braku polaryzacji bramki, tj. Uqs = 0. W tym stanie konduktywność kanału jest bliska zera - tranzystor jest normalnie wyłączony. Pojawienie się napięcia Ugs * 0 (kanał n: Ugs < 0) powoduje powstanie warstwy inwersyjnej o przeciwnym typie przewodnictwa względem podłoża, a tym samym co obszary źródła i drenu. Wzrost bezwzględnej wartości tego napięcia jest przyczyną wzrostu konduktywności kanału, a więc i wartości prądu drenu l_D. Niektóre typy tranzystorów MISFET posiadają wyprowadzoną czwartą elektrodę zwaną podłożem B. Podłoże oddzielone jest od kanału za pomocą złącza p-n. Zaporowe spolaryzowanie tej elektrody (Ues < 0 dla kanału n) powoduje wzrost rezystancji kanału poprzez zmniejszenie jego grubości. Podłoże można więc traktować jako dodatkową bramkę, za pomocą której można modulować konduktancję kanału, a więc wartość prądu drenu l_D.

Odmianę tranzystorów polowych typu MISFET stanowią tranzystory dwubramko-we posiadające dwie izolowane bramki umieszczone szeregowo pomiędzy źródłem a drenem. Tranzystor ten można traktować jako szeregowe połączenie dwóch typowych tranzystorów MISFET, a jego podstawową zaletą jest duża wartość transkon-duktancji g_m, której wartość można zmieniać za pomocą napięcia drugiej bramki Ugs2. Znalazło to zastosowanie we wzmacniaczach p.cz. i w.cz. z automatyczną relacją wzmocnienia, w układach modulacji, demodulacji i przemiany częstotliwości.

Tranzystory typu MISFET wykonywane są najczęściej z krzemu monokrystalicz-^ne9o, z kanałem typu n (NMOS) lub p (PMOS). Tranzystory o kanale typu n charakteryzują się większymi wartościami transkonduktancji g_m niż tranzystory z kana-^,ern typu p. Podobnie jak tranzystor połowy złączowy, tranzystor połowy z izolowaną bramką z kanałem wzbogaconym posiada tylko jeden sposób polaryzacji: