Podręcznik

1.4. Tranzystor MOS

Podstawowa struktura tranzystora MOS Etrmos obejmuje kondensator MOS z sąsiadującymi z nim dwoma obszarami domieszkowanymi przeciwnie niż podłoże półprzewodnikowe, stanowiącymi źródło S i dren D. W przykładowej strukturze na rys. Rstrmos są to obszary n⁺ tworzące złącza z podłożem typu p. W kondensatorze MOS, znajdującym się pomiędzy tymi obszarami, warstwa przewodząca (metaliczna lub polikrzemowa) położona na cienkiej warstwie dielektryka (tu dwutlenku krzemu) stanowi bramkę G tranzystora.

Rys. 1.11 Przekrój poprzeczny struktury tranzystora MOS

Przyłożenie na bramkę (względem podłoża B) napięcia większego od napięcia progowego  powoduje zaindukowanie kanału (tu typu n) łączącego źródło i dren, przez który może popłynąć prąd po wytworzeniu między nimi różnicy potencjałów. Źródłem jest obszar, z którego wypływa strumień nośników większościowych, a drenem ten, który zbiera nośniki dopływające z kanału.

W zależności od typu kanału rozróżnia się 4 rodzaje tranzystorów MOS przedstawione symbolicznie na rys. 1.12:

tranzystor z kanałem typu n:

• wzbogacanym NMOS-E (ENHancement) gdy U_T > 0
• zubożanym NMOS-D (DEPletion) gdy U_T < 0 (kanał istnieje przy braku polaryzacji bramki)

tranzystor z kanałem typu p:

• wzbogacanym PMOS-E gdy U_T < 0
• zubożanym PMOS-D gdy U_T > 0

Rys. 1.12 Rodzaje tranzystorów MOS

Zasada działania tranzystora MOS jest podobna do PNFET Epnfet, główna różnica dotyczy sposobu sterowania konduktancją kanału. Kanał stanowi w tranzystorze MOS warstwa inwersyjna, w której koncentracja swobodnych nośników zależy od napięcia między bramką a podłożem. Konduktancja kanału zmienia się w wyniku elektrostatycznego oddziaływania ładunku bramki, zatem sterowanie jest niemal idealnie napięciowe.

Wpływ napięcia U_GS, od którego zależy wielkość tego ładunku na wartość prądu drenu, przedstawiają charakterystyki przejściowe:

Rys. 1.13 Charakterystyki przejściowe tranzystorów MOS

Charakterystyki wyjściowe tranzystora tj. zależność prądu drenu I_D od napięcia dren-źródło U_DS są liniowe tylko w zakresie małych wartości tego napięcia:

Rys. 1.14 Charakterystyki wyjściowe tranzystorów MOS

 Wzrost U_DS powoduje wzrost spadku napięcia na kanale i tym samym różnica potencjałów między bramką a fragmentami kanału maleje w kierunku od źródła do drenu, co oznacza „osłabienie” stanu inwersji. Konduktancja kanału maleje, aż do zaniku kanału przy drenie, kiedy różnica potencjałów bramka-kanał przy drenie maleje do wartości U_T. Charakterystyka prądowo-napięciowa wchodzi wówczas w zakres nasycenia. W tym zakresie, podobnie jak w przypadku PNFET, na kanale oddzielonym od drenu obszarem zubożonym, spadek napięcia nie wzrasta.