lecture12-2009 - ‫הרצאה מ 21‬...

Info iconThis preview shows page 1. Sign up to view the full content.

View Full Document Right Arrow Icon
This is the end of the preview. Sign up to access the rest of the document.

Unformatted text preview: ‫הרצאה מס' 21‬ ‫טרנזיסטור ‪MOSFET‬‬ ‫א. מבוא‬ ‫ב. טרנזיסטור ‪:MOSFET‬‬ ‫סוגים, סימון‬ ‫מבנה ועיקרון פעולה‬ ‫טרנזיסטור מיחסור‬ ‫טרנזיסטור העשרה‬ ‫ג. זיכרון ‪ Flash‬ועקרונות השער הצף‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫1‬ ‫‪D‬‬ ‫א. מבוא‬ ‫‪G‬‬ ‫‪S‬‬ ‫מתכת‬ ‫מבודד‬ ‫+‪n‬‬ ‫‪p‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫‪JFET‬‬ ‫‪p‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫‪MOSFET‬‬ ‫ראינו שמבנה של קבל ‪ MOS‬מאפשר לנו ליצור תעלה‬ ‫כעת נוכל לפתוח ולסגור את התעלה‬ ‫כרצוננו באמצעות מתח השער‬ ‫נותר לנו רק להוסיף שני הדקים‬ ‫כמו ב- ‪ JFET‬ולקבל טרנזיסטור‬ ‫2‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫1‬ ‫ב. טרנזיסטור ‪MOSFET‬‬ ‫‪MOSFET‬‬ ‫סוגים, מבנה ועיקרון פעולה‬ ‫4 סוגי ‪:MOSFET‬‬ ‫‪Enhancement‬‬ ‫‪n-channel‬‬ ‫‪Depletion‬‬ ‫‪p-channel‬‬ ‫‪n-channel‬‬ ‫אופן מיחסור תעלה ‪- n‬‬ ‫‪Depletion n-channel‬‬ ‫אופן מיחסור תעלה ‪- p‬‬ ‫‪Depletion p-channel‬‬ ‫אופן העשרה תעלה ‪- n‬‬ ‫‪Enhancement n-channel‬‬ ‫אופן העשרה תעלה ‪- p‬‬ ‫‪p-channel‬‬ ‫‪Enhancement p-channel‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫3‬ ‫סימון‬ ‫‪ MOSFET‬הוא התקן בעל ארבעה הדקים‬ ‫ההדק הרביעי נקרא הדק הגוף או הדק המצע‬ ‫‪Depletion‬‬ ‫‪Enhancement‬‬ ‫‪p-channel‬‬ ‫‪n-channel‬‬ ‫4‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫2‬ ‫1. טרנזיסטור מסוג מיחסור‬ ‫זהו למעשה ‪ JFET‬עם שער מבודד!‬ ‫‪D‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫‪G‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪n‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫+‪p‬‬ ‫‪G‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪p‬‬ ‫+‪p‬‬ ‫מצע ‪p‬‬ ‫מצע ‪n‬‬ ‫תעלת ‪n‬‬ ‫תעלת ‪p‬‬ ‫)‪(NMOS‬‬ ‫)‪(PMOS‬‬ ‫מייצרים תעלה מראש והיא קיימת ומוליכה גם בלא הפעלת מתח !!‬ ‫שים לב!! – התעלה אינה נוצרת ע"י אפקט שדה אלא נמחקת על ידו!‬ ‫בהפעלת מיחסור מחלישים את ההולכה )בדומה ל- ‪(JFET‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫5‬ ‫הסבר עבור תעלה ‪:p‬‬ ‫‪G‬‬ ‫מבנה הטרנזיסטור הוא למעשה:‬ ‫+‪n‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪D‬‬ ‫+‬ ‫‪p‬‬ ‫‪JFET‬‬ ‫‪p‬‬ ‫+‬ ‫‪p‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪MOSFET‬‬ ‫רוחב התעלה הפיסיקלי הוא קטן מאוד, בסדר גודל של מיקרומטר. על‬ ‫מנת לייצר אותו, צריך בסיס עבה של סיליקון. המצע מספק בסיס מכני.‬ ‫+‪ p‬משמש כמגע מוליך טוב לתעלת ה- ‪ -- p‬מתווך בין המתכת לתעלה.‬ ‫הטרנזיסטור כמעט זהה בפעולתו ל- ‪ ,JFET‬רק שהשער מבודד ע"י‬ ‫תחמוצת, לכן אופיין זרם-מתח ואופן קבלתו זהה ל- ‪. JFET‬‬ ‫6‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫3‬ ‫רוחב התעלה:‬ ‫‪D‬‬ ‫האם נוכל ליצר תעלה רחבה כרצוננו?‬ ‫תשובה: לא!‬ ‫‪G‬‬ ‫+‪p‬‬ ‫מדוע?‬ ‫‪S‬‬ ‫‪p‬‬ ‫+‪p‬‬ ‫מצע ‪n‬‬ ‫כדי "לסגור" התעלה – בונים שכבת מיחסור‬ ‫ראינו שלבל ‪ MOS‬יש חסם עליון לרוחב‬ ‫המיחסור שיכול לייצר ‪Wmax‬‬ ‫תעלת ‪p‬‬ ‫)‪(PMOS‬‬ ‫אם כן, ‪ Wmax‬הוא גם הרוחב המקסימלי של תעלה שנוכל לייצר‬ ‫בטרנזיסטור ‪ MOSFET‬מסוג מיחסור )כדי שהטרנזיסטור עדיין יעבוד(‬ ‫‪4ε 0ε Sφ F‬‬ ‫‪qN A‬‬ ‫7‬ ‫= ) ‪Wmax = f ( N A‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫דוגמא:‬ ‫נתונה רמת הזיהום בתעלת ‪ p‬של 3− ‪1.5 ⋅1015 cm‬‬ ‫מה יהיה החסם העליון לרוחב הפיזי של התעלה?‬ ‫החסם העליון, כאמור, הוא ‪ Wmax‬מכיוון‬ ‫‪4ε 0ε Sφ F‬‬ ‫‪qN A‬‬ ‫= ‪Wmax‬‬ ‫⎞ ‪kT ⎛ N A‬‬ ‫שאילו התעלה היתה רחבה יותר לא ניתן היה‬ ‫= ‪φF‬‬ ‫⎜‪ln‬‬ ‫⎟‬ ‫לחסום אותה ע"י התפשטות איזור המיחסור ‪⎜ n ⎟ = 0.3 V‬‬ ‫⎠‪q ⎝ i‬‬ ‫3.0 × 8.11× 41− 01⋅ 58.8 × 4‬ ‫‪= 0.72 µm‬‬ ‫5101⋅ 5.1 × 91− 01⋅ 6.1‬ ‫= ‪Wmax‬‬ ‫זה רוחב תעלה מאד צר. כיום כבר ניתן ליצר רוחב כזה צר. אבל לפני‬ ‫כעשר שנים זו עלולה הייתה להיות מגבלה.‬ ‫על מנת להכפיל את רוחב התעלה – צריך להקטין הזיהום פי 01!‬ ‫8‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫4‬ ‫אופיין החשמלי -- תעלת ‪:n‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪G‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪n‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫)‪I D (mA‬‬ ‫‪VGS = 0V‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫מצע ‪p‬‬ ‫‪VGS = −1V‬‬ ‫‪VGS = −2V‬‬ ‫)‪VDS (V‬‬ ‫‪VT = −3V‬‬ ‫האופיין הוא כמו של ‪ JFET‬תעלה ‪ ,n‬ההבדל היחידי הוא שבמקום ‪Vp‬‬ ‫מסמנים ‪ - VT‬מתח סף )‪ (threshold‬ולכן כאשר המתח יהיה קטן )או‬ ‫יותר שלילי( מ- ‪ VT‬הטרנזיסטור יהיה בקיטעון.‬ ‫גם המשוואות הן כמו של טרנזיסטור ‪ JFET‬תעלה ‪ n‬רק ש-‪Vp → VT‬‬ ‫.‬ ‫9‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫לשים לב: גם כאן הצביטה‬ ‫גדולה יותר באזור המרזב!!‬ ‫0<‪ VGB=VGS‬הוא שלילי‬ ‫ומכיוון ש- 0>‪ VDS‬נופל‬ ‫יותר מתח באזור המרזב‬ ‫‪D‬‬ ‫‪G‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫אופן הפעולה הוא למעשה זהה‬ ‫ל-‪ ,JFET‬למעט העובדה שכאן‬ ‫השער מבודד לחלוטין, כלומר‬ ‫התנגדות הכניסה של‬ ‫הטרנזיסטור היא אינסופית!‬ ‫‪S‬‬ ‫‪n+ n‬‬ ‫מצע ‪p‬‬ ‫‪B‬‬ ‫הדק הגוף‬ ‫לשים לב: כאן קיים הדק רביעי!! בדרך כלל מקוצר למקור.‬ ‫01‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫5‬ ‫תחומי פעולה ומשוואות ‪I-V‬‬ ‫בתחום האוהמי:‬ ‫‪JFET‬‬ ‫ברוויה:‬ ‫‪MOSFET‬‬ ‫⎤2 1‬ ‫⎡‬ ‫⎥ ‪⎢(VGS − Vp )VDS − 2 VDS‬‬ ‫⎣‬ ‫⎦‬ ‫]‬ ‫נציב: ‪VT = Vp‬‬ ‫‪VDS ≥ VGS − VT‬‬ ‫11‬ ‫[‬ ‫‪I DSS‬‬ ‫2‬ ‫) ‪VGS − Vp ⋅ (1 + λ VDS‬‬ ‫2‬ ‫‪Vp‬‬ ‫בתחום האוהמי: ‪VDS ≤ VGS − VT‬‬ ‫ברוויה:‬ ‫‪I DSS‬‬ ‫2‪Vp‬‬ ‫2 = ‪ID‬‬ ‫‪2I‬‬ ‫‪K = DSS‬‬ ‫2‬ ‫‪VT‬‬ ‫= ‪ID‬‬ ‫ונקבל:‬ ‫⎤2 1‬ ‫⎡‬ ‫⎥ ‪I D = K ⎢(VGS − VT )VDS − VDS‬‬ ‫2‬ ‫⎣‬ ‫⎦‬ ‫‪K‬‬ ‫) ‪[VGS − VT ]2 ⋅ (1 + λ VDS‬‬ ‫2‬ ‫= ‪ID‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫2. טרנזיסטור מסוג העשרה‬ ‫0 > ‪VDS‬‬ ‫‪VGS > VT‬‬ ‫‪ID‬‬ ‫2‪SiO‬‬ ‫0 < ‪VDS‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪G‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫‪VGS < - VT‬‬ ‫‪ID‬‬ ‫‪S‬‬ ‫2‪SiO‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪G‬‬ ‫+‪p‬‬ ‫+‪p‬‬ ‫מצע ‪p‬‬ ‫מצע ‪n‬‬ ‫תעלה ‪n‬‬ ‫תעלה ‪p‬‬ ‫אם אין ממתחים, הטרנזיסטורים לא יוליכו.‬ ‫נתבונן בטרנזיסטור תעלה ‪:p‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪D‬‬ ‫+‪p‬‬ ‫‪n‬‬ ‫+‪p‬‬ ‫במבנה זה אין הולכה, ולכן כדי ליצור הולכה, משרים תעלה ‪ p‬ע"י היפוך‬ ‫חזק, כלומר ע"י נתינת מתח שלילי גבוה בשער.‬ ‫בתעלה ‪ n‬נדרש לספק מתח חיובי גבוה )גדול ממתח הסף ‪.(VT‬‬ ‫21‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫6‬ ‫אופייני זרם-מתח:‬ ‫2‪SiO‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪G‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫)‪I D (mA‬‬ ‫‪S‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫תעלה ‪n‬‬ ‫‪VGS = 4V‬‬ ‫51‬ ‫‪VGS = 3.5V‬‬ ‫‪VGS = 3V‬‬ ‫מצע ‪p‬‬ ‫02‬ ‫)‪VDS (V‬‬ ‫תעלה ‪n‬‬ ‫01‬ ‫5‬ ‫‪VT = 2.5V‬‬ ‫תעלה ‪ :n‬בין שני +‪ n‬אנו רוצים ליצור הולכה מלאכותית )תעלה בהיפוך‬ ‫חזק(, לכן יש לספק מתח גדול מ- ‪ ,VT‬כלומר גדול מ- ‪. 2.5V‬‬ ‫המקור מספק אלקטרונים והמרזב קולט אותם ולכן ‪ ID‬חיובי.‬ ‫31‬ ‫2‪SiO‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫‪D‬‬ ‫‪G‬‬ ‫+‪p‬‬ ‫תעלה ‪p‬‬ ‫‪S‬‬ ‫+‪p‬‬ ‫5-‬ ‫01 -‬ ‫מצע ‪n‬‬ ‫51 -‬ ‫תעלה ‪p‬‬ ‫02 -‬ ‫‪VT = -2V‬‬ ‫)‪VDS(V‬‬ ‫‪VGS = -2.5V‬‬ ‫‪VGS = -3V‬‬ ‫‪VGS = -3.5V‬‬ ‫)‪I D (mA‬‬ ‫תעלה ‪ :p‬רוצים ליצור תעלה‬ ‫מלאכותית של חורים )תעלה בהיפוך‬ ‫חזק(, ולכן בשער מספקים מתח שלילי‬ ‫קטן ממתח הסף ‪.(VT, (VT<-2V‬‬ ‫המרזב קולט חורים, לכן ‪ ID‬שלילי וגם‬ ‫‪ VD‬יהיה שלילי.‬ ‫41‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫7‬ ‫‪G‬‬ ‫‪D‬‬ ‫לשים לב: כאן התעלה צרה‬ ‫יותר באזור המרזב!!‬ ‫‪S‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫‪ VGB=VGS>VT‬חיובי‬ ‫ומכיוון ש- 0>‪ VDS‬נופל‬ ‫פחות מתח באזור המרזב‬ ‫ולכן יש "פחות" תעלה‬ ‫‪n‬‬ ‫+‬ ‫‪n‬‬ ‫מצע ‪p‬‬ ‫‪B‬‬ ‫תרגיל בית: איך זה יהיה בתעלת ‪?p‬‬ ‫הדק הגוף‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫51‬ ‫מאפיני ‪ DC‬של טרנזיסטור העשרה‬ ‫ננתח טרנזיסטור בעל תעלת ‪n‬‬ ‫יש היפוך ונוצרת תעלה‬ ‫נניח כי מתח השער ‪ VG‬גדול ממתח הסף‬ ‫‪VG‬‬ ‫מתכת‬ ‫‪VD‬‬ ‫‪y‬‬ ‫2‪SiO‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫מיחסור‬ ‫‪x‬‬ ‫מצע ‪p‬‬ ‫נסתכל על קטע אינפיניטיסימלי של התעלה‬ ‫61‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫8‬ ‫המטען הנייד בתעלה: ) ‪Q = COX (VG − VT‬‬ ‫כאשר 0=‪VDS‬‬ ‫כאשר 0>‪ VDS‬נופל על התעלה מתח ‪ ψ‬עד לקטע שלנו‬ ‫על הקטע עצמו נופל מתח ‪dψ‬‬ ‫‪VG‬‬ ‫‪VD‬‬ ‫כתוצאה ממפל מתח זה,‬ ‫התעלה הולכת וצרה‬ ‫‪y‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫+‪n‬‬ ‫בתחילת הקטע שלנו,‬ ‫המטען הנייד יהיה:‬ ‫‪p‬‬ ‫) ‪(1) Q = COX (VG − VT −ψ‬‬ ‫‪σ = qµn = Qµ‬‬ ‫הזרם בתעלה תחת מתח הוא זרם סחיפה:‬ ‫אבל‬ ‫‪dψ‬‬ ‫‪dy‬‬ ‫= ‪εy‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪J = σε‬‬ ‫‪(2) I D = Wµ nQε y‬‬ ‫)3( נציב את )1( ו- )3( לתוך )2( ונקבל:‬ ‫‪(4) I D dy = Wµ n COX (VG − VT −ψ )dψ‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫71‬ ‫‪y:0 → L‬‬ ‫‪ψ : 0 → VD‬‬ ‫נבצע אינטגרציה בגבולות:‬ ‫‪VD‬‬ ‫‪L‬‬ ‫0‬ ‫0‬ ‫‪∫ I D dy = WµnCOX ∫ (VG − VT −ψ )dψ‬‬ ‫נקבל את משואת הטרנזיסטור‬ ‫בתחום הלינארי:‬ ‫⎤2 1‬ ‫⎡‬ ‫⎥ ‪(5) I D = K ⎢(VG − VT )VD − VD‬‬ ‫⎦2‬ ‫⎣‬ ‫)‪I D (mA‬‬ ‫תעלה ‪n‬‬ ‫בתחום זה הזרם יגדל ככל‬ ‫שנגדיל את ‪VDS‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪L‬‬ ‫81‬ ‫02‬ ‫‪VGS = 4V‬‬ ‫‪VGS = 3.5V‬‬ ‫⋅ ‪K = COX ⋅ µ n‬‬ ‫)‪VDS (V‬‬ ‫51‬ ‫01‬ ‫‪VGS = 3V‬‬ ‫‪VT = 2.5V‬‬ ‫5‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫9‬ ‫תחום הרוויה‬ ‫כאשר ‪ VDS‬גדל ומשתווה למתח שמייצר את ההיפוך‬ ‫‪(6) VDS = VG − VT‬‬ ‫התעלה "נצבטת" לרוחב אפס באזור המרזב.‬ ‫כתוצאה מכך, הזרם אינו יכול לגדול עוד והוא נכנס לרוויה.‬ ‫צביטה‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫91‬ ‫אם נציב את )6( ל- )5( נקבל את המשוואה המתארת את תחום הרוויה:‬ ‫)‪I D (mA‬‬ ‫תעלה ‪n‬‬ ‫‪VGS = 4V‬‬ ‫‪VGS = 3V‬‬ ‫02‬ ‫51‬ ‫‪VGS = 3.5V‬‬ ‫)‪VDS (V‬‬ ‫‪K‬‬ ‫2) ‪(VG − VT‬‬ ‫2‬ ‫= ‪(7) I D‬‬ ‫01‬ ‫‪VT = 2.5V‬‬ ‫5‬ ‫רואים שגם כאן המשוואות דומות מאד לאלו של ‪JFET‬‬ ‫02‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫01‬ ‫סכמת תמורה לאות קטן‬ ‫בגלל התחמוצת‬ ‫מרזב‬ ‫אין זרם בשער‬ ‫‪gmVGS‬‬ ‫‪VGS‬‬ ‫הזרם בין המקור למרזב תלוי במתח השער‬ ‫מקור‬ ‫פרמטר התלות נקרא ‪:Transconductance‬‬ ‫‪VDS‬‬ ‫בתחום הלינארי:‬ ‫) ‪(VG − VT‬‬ ‫ברוויה:‬ ‫12‬ ‫‪µ nC OX W‬‬ ‫‪L‬‬ ‫=‬ ‫‪V DS = Const‬‬ ‫‪µ nCOX W‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪∂I D‬‬ ‫‪∂VGS‬‬ ‫=‬ ‫‪VD =Const‬‬ ‫‪∂I D‬‬ ‫‪∂VG‬‬ ‫= ‪gm‬‬ ‫= ‪gm‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫מודולציה של אורך התעלה‬ ‫בפועל ככל ש – ‪ VDS‬גדל מתעבה גם שכבת המיחסור סביב המקור והשפך‬ ‫וכך מתקצרת התעלה בשתי קצותיה‬ ‫כתוצאה מכך גדל מעט זרם הטרנזיסטור אפילו ברוויה:‬ ‫)‪I D (mA‬‬ ‫לכן, מבצעים תיקון לזרם‬ ‫בפקטור‬ ‫) ‪(1 + λVDS‬‬ ‫מעשי‬ ‫אידיאלי‬ ‫תעלה ‪n‬‬ ‫כמו ב- ‪JFET‬‬ ‫)‪VDS (V‬‬ ‫22‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫11‬ ‫מקבלים:‬ ‫⎤2 1‬ ‫⎡‬ ‫בתחום האוהמי: ‪I D = K ⎢(VGS − VT )VDS − VDS ⎥ , VDS ≤ VGS − VT‬‬ ‫2‬ ‫⎣‬ ‫⎦‬ ‫ברוויה:‬ ‫‪K‬‬ ‫‪[VGS − VT ]2 ⋅ (1 + λ VDS ) , VDS ≥ VGS − VT‬‬ ‫2‬ ‫= ‪ID‬‬ ‫2‬ ‫או‬ ‫⎡‬ ‫⎤‪V‬‬ ‫) ‪I D = I DSS ⎢1 GS ⎥ ⋅ (1 + λ VDS‬‬ ‫⎦ ‪VT‬‬ ‫⎣‬ ‫‪2I DSS‬‬ ‫2‬ ‫‪VT‬‬ ‫כאשר‬ ‫32‬ ‫=‪K‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫ג. התקני זיכרון ‪Non-Volatile‬‬ ‫התקני זיכרון המשמשים מחשבים‬ ‫תכונה: אינם נמחקים כאשר מכבים את המתח‬ ‫דוגמא: הזיכרון המכיל את ה- ‪ BIOS‬במחשבים אישיים‬ ‫שער צף שער‬ ‫עקרון הפעולה:‬ ‫בזמן הכתיבה לזיכרון,‬ ‫מאחסנים מטען בשער הצף‬ ‫ובכך גורמים להזזה של‬ ‫מתח הסף של הטרנזיסטור‬ ‫+‪p‬‬ ‫+‪p‬‬ ‫‪n − Si‬‬ ‫ניתן לאחסן "1" )מטען( או‬ ‫"0" )בלי מטען( ואז בזמן קריאה, הטרנזיסטור יוליך או לא יוליך‬ ‫42‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫21‬ ‫ג1. הסטוריה‬ ‫כשלמדנו על קבל ‪ MOS‬למדנו שמתח יישור הפסים צריך להתגבר לא‬ ‫רק על הפרש פונקציות העבודה בין המתכת למל"מ, אלא גם על מטענים‬ ‫פרזיטיים בתחמוצת‬ ‫‪Q‬‬ ‫‪Ox‬‬ ‫‪COx‬‬ ‫− ‪VFB = VMS‬‬ ‫בשנת 7691, ‪ Sze‬ו- ‪ Kahng‬תוך מחקר של מטעני התחמוצת, הגיעו‬ ‫לרעיון שניתן באופן יזום להכניס מטענים לתחמוצת וליצור אלמנט זכרון‬ ‫וכך הם המציאו את התקן "השער הצף".‬ ‫השער הצף נקרא כך מהיותו "צף" בתוך המבדד‬ ‫)אינו מחובר – מבודד חשמלית(‬ ‫ההמצאה נעשתה במעבדות חברת הטלפונים ‪Bell‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫52‬ ‫ג2. כתיבה לזיכרון‬ ‫מבדד 1‬ ‫לשים לב: המל"מ בדוגמא - סוג ‪n‬‬ ‫‪Q‬‬ ‫0>‪VG‬‬ ‫מבדד 2‬ ‫2‪d‬‬ ‫שער‬ ‫הבקרה‬ ‫)מתכת(‬ ‫2‪ε‬‬ ‫שער צף‬ ‫)מתכת(‬ ‫מל"מ‬ ‫)סוג ‪(n‬‬ ‫נותנים בשער מתח חיובי – יוצרים מצב הצטברות.‬ ‫המבדד הצמוד למל"מ הוא דק מאד ולכן מתרחש מינהור – האלקטרונים‬ ‫המצטברים עוברים דרך המחסום. השער הצף נטען שלילית.‬ ‫מטען זה "עוזר" לשער הבקרה להכניס את המל"מ להיפוך. כלומר, היפוך‬ ‫יכול להתרחש מעתה במתח סף יותר נמוך.‬ ‫62‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫31‬ ‫מבדד 1‬ ‫לאחר הסרת מתח הכתיבה:‬ ‫‪Q‬‬ ‫0=‪VG‬‬ ‫מבדד 2‬ ‫שער‬ ‫הבקרה‬ ‫)מתכת(‬ ‫מפל המתח על כל מבדד הוא:‬ ‫2‪d‬‬ ‫2‪ε‬‬ ‫שער צף‬ ‫)מתכת(‬ ‫מל"מ‬ ‫)סוג ‪(n‬‬ ‫‪Q Qd i‬‬ ‫=‬ ‫‪Ci ε 0 ε i‬‬ ‫המבדד הקרוב למל"מ דק מאד – מפל המתח שם זניח. בוחרים את‬ ‫חומר המבדד כך שהאפסילון יגביר אפקט זה.‬ ‫‪Q‬‬ ‫2 ‪Qd‬‬ ‫−=‬ ‫2 ‪COx‬‬ ‫2 ‪ε 0ε‬‬ ‫המבדד מתחת לשער הבקרה‬ ‫מקבל את רוב מפל המתח ולכן‬ ‫72‬ ‫− = ‪∆VT‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫‪QOx‬‬ ‫‪COx‬‬ ‫נזכר בביטוי שקבלנו למתח יישור הפסים:‬ ‫− ‪VFB = VMS‬‬ ‫אז הזנחנו את מטען התחמוצת, אבל כאן הכנסנו מטען לתחמוצת בכוונה!‬ ‫כאן אנחנו מחליפים אותו בביטוי‬ ‫מתח הסף החדש:‬ ‫‪Q‬‬ ‫2 ‪Qd‬‬ ‫−=‬ ‫2 ‪COx‬‬ ‫2 ‪ε 0ε‬‬ ‫=‬ ‫‪2ε 0ε S qN A 2φ F‬‬ ‫‪C Ox‬‬ ‫82‬ ‫‪Qdep‬‬ ‫‪C Ox‬‬ ‫− = ‪∆VT‬‬ ‫+ ‪VT = VFB + φ BB‬‬ ‫+ ‪+ 2φ F‬‬ ‫2 ‪Qd‬‬ ‫2 ‪ε 0ε‬‬ ‫− ‪= VMS‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫41‬ ‫מבדד 1‬ ‫‪Q‬‬ ‫0=‪VG‬‬ ‫מבדד 2‬ ‫שער‬ ‫הבקרה‬ ‫)מתכת(‬ ‫2‪d‬‬ ‫2‪ε‬‬ ‫שער צף‬ ‫)מתכת(‬ ‫מל"מ‬ ‫)סוג ‪(n‬‬ ‫מגדירים: עם מטען – "0" לוגי. בלי מטען - "1" לוגי‬ ‫עם מטען – 2‪ .VT‬בלי מטען – 1‪VT‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫92‬ ‫ג2. קריאה מהזיכרון‬ ‫נותנים מתח שער‬ ‫‪VDD‬‬ ‫1‪VT2<VG<VT‬‬ ‫אם‬ ‫1‪ VT=VT‬הטרנזיסטור לא יוליך‬ ‫אם‬ ‫2‪ VT=VT‬הטרנזיסטור יוליך‬ ‫03‬ ‫‪VOut‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫51‬ ‫אור‬ ‫ג3. מחיקה מהזיכרון‬ ‫שתי דרכים:‬ ‫0<‪VG‬‬ ‫שער‬ ‫הבקרה‬ ‫)מתכת(‬ ‫א. אלקטרונית‬ ‫‪Q‬‬ ‫מבדד 2‬ ‫2‪d‬‬ ‫2‪ε‬‬ ‫שער צף‬ ‫)מתכת(‬ ‫נותנים מתח שער שלילי חזק ומתרחש‬ ‫מינהור חזרה‬ ‫מל"מ‬ ‫)סוג ‪(n‬‬ ‫ב. הארה ב- ‪UV‬‬ ‫אנרגיית הפוטונים עוזרת לאלקטרונים לעבור מעל המחסום‬ ‫13‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - ד"ר אילן שליש‬ ‫61‬ ...
View Full Document

This note was uploaded on 01/14/2012 for the course ELECTRICAL 361.1.2171 taught by Professor Prof.shlomohava during the Winter '10 term at Ben-Gurion University.

Ask a homework question - tutors are online