Hướng dẫn ôn thi LT môn Dụng cụ bán dẫn - Học kỳ 1 - Hồ Trung Mỹ - Năm học 2011-2012

DSS = 8mA và VTH = –4V) 
Vùng điện trở được điều khiển bằng 
điện áp của JFET (TD: N-JFET J308) 
Qui ước các ký hiệu dòng và áp trong đặc tuyến JFET: 
o IDSS = dòng điện từ nguồn sang máng khi ngắn mạch ở cổng (VGS=0). 
o Vp = điện áp nghẹt (hay nghẽn) (pinch-off voltage), có giá trị > 0 với N-JFET và < 0 với P-JFET 
o VTH =VGS,off = điện áp làm tắt JFET (điện áp ngưỡng) = –Vp (khi đó ID=0) 
o VDS,sat = VGS – VTH = sụt áp trên D và S khi JFET bắt đầu nghẹt (vào miền bão hòa). 
 Các phương trình dòng điện máng ID trong N-JFET 
o VGS  VTH : miền tắt  ID=0 
o VGS > VTH : 
 VDS < VDS,sat : miền tuyến tính (còn gọi là miền Ohm, miền điện trở hay miền triode) 
2
2 1 GS DS DSD DSS
TH TH TH
V V VI I
V V V
               
  222 2DSS THD GS TH DSTH
I VI V V V
V
     
Nếu  2DS GS THV V V thì ID là hàm tuyến tính theo VDS: (có thể hoán đổi D và S) 
 22 DSSD GS TH DS
TH
II V V V
V
  
HD ôn thi-DCBD–Trang 9/15 
Khi đó JFET tương đương với điện trở RDS (còn gọi là điện trở ON hay RDS,ON): 
 
2
2
TH
DS
DSS GS TH
VR
I V V
  
 VDS  VDS,sat : miền bão hòa (còn gọi là miền tích cực) 
 
2
2
2 1
DSS GS
D GS TH DSS
TH TH
I VI V V I
V V
      
Người ta thường ứng dụng miền tắt và tuyến tính cho JFET làm khóa điện tử, và miền bão hòa cho JFET làm 
phần tử khuếch đại tín hiệu hoặc làm nguồn dòng. 
 Tóm tắt các đặc tuyến và phương trình dòng điện trong N-JFET và P-JFET 
JF
E
T
 k
ên
h 
N
JF
E
T
 k
ên
h 
P 
 Các hiệu ứng thứ cấp trong JFET 
o Điều chế chiều dài kênh dẫn: 
Xét N-JFET ở miền bão hòa, nếu tăng VDS thì ID sẽ tăng, vì khi tăng VDS dẫn đến L giảm (chiều 
dài hiệu dụng của kênh dẫn N)  điện trở kênh dẫn giảm hay ID tăng. Hiệu ứng này tương tự với điều 
chế miền nền trong BJT. Do đó tất cả các đặc tuyến ở miền bão hòa khi kéo dài ra đến trục hoành thì 
đều giao nhau cùng 1 điểm trên trục hoành, ứng với điện áp Early VA (VDS = –VA). VA thực tế có trị từ 
30V đến 200V. Dòng ID phụ thuộc vào VDS và có dạng 
 
2
1 1GSD DSS DS
TH
VI I V
V
      với 
1
AV
  
HD ôn thi-DCBD–Trang 10/15 
o Đánh thủng: 
 Đánh thủng thác lũ xảy ra trong JFET khi 
phân cực ngược tại chuyển tiếp cổng-kênh 
dẫn (chỗ đầu cực máng của kênh) bằng điện 
áp đánh thủng của chuyển tiếp, để 
VBR = VD - VG - Vbi 
với Vbi là độ lớn của điện áp đánh thủng được 
xác định bởi các tính chất vật lý của chuyển 
tiếp. 
o Sự thay đổi trong độ linh động: 
Khi điện trường có giá trị lớn thì vận trôi không tăng nữa, dẫn đến độ linh động giảm. Trong JFET 
kênh dẫn ngắn với điện áp ở máng cố định, khi tăng điện trường tại cổng thì làm giảm độ linh động 
hay làm giảm dòng ID so với giả thiết ban đầu độ linh động là hằng số. 
o Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ tăng làm độ linh động giảm  dòng ID giảm khi nhiệt độ tăng. 
 Mô hình tín hiệu nhỏ của N-JFET (khi N-JFET làm việc ở miền bão hòa và  0.2gs GS THv V V  ) 
Tần số thấp và trung bình Tần số cao 
ro  VA /IDQ 
2 1DSS GSm
TH TH
I Vg
V V
     
Tần số cắt  2 mT gs gd
gf
C C  
Với điện trở ra ro: 
A DSQDS ds A
o
D d DQ DQQ
V VV v Vr
I i I I
    
Hỗ dẫn gm:  
2
2 DSS GS THdD
m
GS gs THQ
I V VidIg
dV v V
   
0 0
2 1 1DSS GS GS Dm m m
TH TH TH DSS
I V V Ig g g
V V V I
              
 với 0 2 DSSm
TH
Ig
V
  (hỗ dẫn khi VGS=0) 
 Các cách mắc JFET: CS (nguồn chung), CD (máng chung) và CG (cổng chung). 
CS (Common Source) CD (Common Drain) CG (Common Gate) 
HD ôn thi-DCBD–Trang 11/15 
 Các ứng dụng tiêu biểu của JFET là khóa analog, điện trở được điều khiển bằng áp, nguồn dòng và phần 
tử khuếch đại tín hiệu trong mạch khuếch đại. 
Khóa điện tử (Khóa analog = Analog switch) Điện trở được điều khiển bằng áp 
(Voltage controlled resistor) 
TD1: Mạch suy giảm tín hiệu 
Nếu phân cực đúng cho JFET ở miền tuyến tính 
thì 
DS
OUT IN
DS
RV V
R R
  
TD2: Ma ̣ch điều khiển độ lợi tự động (AGC) 
Nguồn dòng Mạch khuếch đại 
TD: Mạch KĐ CS 
HD ôn thi-DCBD–Trang 12/15 
Chương 7. MOSFET 
MOSFET có cách lý giữa cổng và kênh dẫn bằng lớp cách điện, thành phần cơ bản là kim loại (M=Metal), lớp 
cách điện SiO2 (O=Oxide), và bán dẫn (S=semiconductor). 
Các tên gọi khác của MOSFET là MISFET (Metal-Insulator-Semiconductor), IGFET (Insulated Gate FET). 
Nguyên tắc hoạt động của FET là dòng hạt dẫn từ nguồn điện máng được điều khiển bằng điện áp cổng hay 
điện trường cổng. Điện trường này làm cảm ứng điện tích trong bán dẫn ở giao tiếp bán dẫn-oxide. 
 Cấu trúc của MOSFET 
MOSFET loại giàu 
(còn gọi là MOSFET kênh dẫn chưa lắp sẵn) 
MOSFET loại nghèo 
(còn gọi là MOSFET kênh dẫn lắp sẵn) 
Ký hiệu của EMOS 
N-EMOS P-EMOS 
 Mô tả định tính hoạt động của N-EMOS 
HD ôn thi-DCBD–Trang 13/15 
 Các chế độ phân cực cho tụ MOS trong N-EMOS 
Có 3 chế độ phân cực quan trọng cho tụ MOS: 
o Tích lũy lỗ (Hole Accumulation): khi phân cực âm giữa kim loại và bán dẫn (VGS < VFB < 0, VFB là 
điện áp dải phẳng), tại giao tiếp giữa bán dẫn và cách điện sẽ có tích lũy lỗ. 
o Nghèo (Depletion): khi phân cực dương giữa kim loại và bán dẫn (VFB 0), tại 
giao tiếp giữa bán dẫn và cách điện sẽ các lỗ bị đẩy xuống dưới hình thành miền nghèo. 
o Đảo ngược (Inversion): khi phân cực dương giá trị đủ lớn giữa kim loại và bán dẫn (VGS > VTN), 
các điện tử được hút vào miền gần giao tiếp giữa bán dẫn và chất cách điện, do đó hình thành nên kênh 
dẫn điện tử (kênh N) trong bán dẫn P. 
 Cấu trúc N-EMOS 
Vật liệu dùng cho bản cực dẫn điện thường dùng Silicon đa tinh thể được pha tạp chất rất nhiều (còn được gọi 
là polysilicon hay polySi hay poly). Vật liệu cách điện thông thường là SiO2. Để tối thiểu hóa dòng điện giữa 
miền thân và miền S(source)/D(drain) người ta thường nối miền thân với cực nguồn. 
 Sự tạo thành kênh dẫn trong N-EMOS 
Sự tạo thành kênh dẫn N Sự ảnh hưởng của chiều dài kênh dẫn L và 
chiều rộng kênh dẫn W 
  MOSFET được gọi là MOSFET kênh ngắn 
khi L < 1m, trong IC người ta thường dùng 
MOSFET kênh ngắn. 
 MOSFET được gọi là MOSFET kênh dài khi 
L > 1m 
 Các miền hoạt động của N-EMOS với VGS > VTN 
Miền tuyến tính (miền Ohm hay miền triode) 
(VDS < VDS,sat=VGS–VTN) 
Miền bão hòa (hay miền tích cực) 
(VDS  VDS,sat=VGS–VTN) 
 Ở cạnh miền bão hòa VDS=VDS,sat 
HD ôn thi-DCBD–Trang 14/15 
Khi VDS nhỏ (có thể hoán đổi D và S) thì có thể 
xem như điện trở được điều khiển bằng áp 
(VGS3> VGS2> VGS1>VTN) 
 Ở miền bão hòa VDS  VDS,sat 
Khi VDS tăng, điểm nghẹt di chuyển về phía cực nguồn 
 Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của N-EMOS 
Đặc tuyến truyền đạt Đặc tuyến ra 
BVDSS= điện áp đánh thủng giữa DS khi ngắn mạch ở cổng 
Các phương trình dòng điện máng ID trong N-EMOS 
 VGS  VTN : miền tắt  ID=0 
 VGS > VTN : (VDS,sat = VGS – VTN ) 
o VDS < VDS,sat : miền tuyến tính (còn gọi là miền Ohm, miền điện trở hay miền triode) 
  2
2
DS
D n ox GS TN DS
VWI C V V V
L
       
với n là độ linh động điện tử và Cox là điện dung lớp cách điện 
Nếu  2DS GS TNV V V thì ID là hàm tuyến tính theo VDS: (có thể hoán đổi D và S) 
 D n ox GS TN DSWI C V V VL  
Khi đó MOSFET tương đương với điện trở RDS (còn gọi là điện trở ON hay RDS,ON): 
 
1
DS
n ox GS TN
R WC V V
L



o VDS  VDS,sat : miền bão hòa (còn gọi là miền tích cực) với 
 21
2D n ox GS TN
WI C V V
L
  
Người ta thường ứng dụng miền tắt và tuyến tính cho MOSFET làm khóa điện tử, và miền bão hòa cho 
MOSFET làm phần tử khuếch đại tín hiệu hoặc làm nguồn dòng. 
 Một số đặc tính không lý tưởng của MOSFET (Xét N-EMOS ở miền bão hòa) 
o Điều chế chiều dài kênh dẫn: tương tự hiệu ứng Early trong BJT, khi tăng VDS thì điểm nghẹt dịch 
chuyển về miền nguồn, dẫn đến chiều dài kênh dẫn hiệu dụng nhỏ hơn hay dòng ID tăng lên. Khi đó 
phương trình dòng điện máng có dạng 
   21 1
2D n ox GS TN DS
WI C V V V
L
    với 1
AV
  và VA là điện áp Early 
o Hiệu ứng thân: khi tăng VSB làm điện áp ngưỡng VTN tăng  ảnh hưởng đặc tuyến I-V. 
o Ảnh hưởng của nhiệt độ: khi T tăng  VTN và độ linh động giảm  dòng ID giảm 
HD ôn thi-DCBD–Trang 15/15 
o Sự bão hòa vận tốc: khi kích thước transistor giảm, độ dày làm oxide mỏng hơn  vận tốc điện tử 
bão hòa và lúc phương trình dòng ID:  1
2D n ox GS TN
WI C V V
L
  với =1 2, tùy theo công nghệ. 
 Mô hình tín hiệu lớn của N-EMOS (dùng để phân tích tổng quát hay tính điểm tĩnh) 
 Mô hình tín hiệu nhỏ của N-EMOS (khi N-EMOS làm việc ở miền bão hòa và  0.2gs GS TNv V V  ) 
Mô hình  Mô hình T Tần số cao 
Hỗ dẫn gm: 
 dDm n ox GS TN
GS gsQ
idI Wg C V V
dV v L
   
Điện trở ra ro: 
A DSQDS ds A
o
D d DQ DQQ
V VV v Vr
I i I I
    
Tần số cắt  2 mT gs gd
gf
C C  
o Các cách mắc MOSFET: CS, CD và CG. 
o Các ứng dụng tiêu biểu của MOSFET là khóa analog, điện trở được điều khiển bằng áp, nguồn dòng 
và phần tử khuếch đại tín hiệu trong mạch khuếch đại. 
 Tóm tắt quan hệ dòng-áp của MOSFET 
NMOS PMOS 
Miền tắt (VGS  VTN): ID = 0 
Miền triode (VGS > VTN và 0  VDS < VDS,sat) 
  2
2
DS
D n GS TN DS
VI K V V V
     
 với n n ox WK C L 
Miền bão hòa (VGS > VTN và VDS  VDS,sat) 
 2
2
n
D GS TN
KI V V  
  2m n GSQ TN n DQg K V V K I   
Điểm chuyển tiếp VDS,sat = VGS – VTN 
Loại giàu: VTN > 0 
Loại nghèo: VTN < 0 
Miền tắt (VGS  VTP): ID = 0 
Miền triode (VGS VDS,sat) 
  2
2
DS
D p GS TP DS
VI K V V V
     
 với p p ox WK C L 
Miền bão hòa (VGS < VTP và VDS  VDS,sat) 
 2
2
p
D GS TP
K
I V V  
  2m p GSQ TP p DQg K V V K I    
Điểm chuyển tiếp VDS,sat = VGS – VTP 
Loại giàu: VTP < 0 
Loại nghèo: VTP > 0 
Chú ý: SV tự xem thêm các đặc tuyến của P-EMOS, N-DMOS và P-DMOS. Với EMOS đặc tuyến chỉ có chế 
độ giàu, còn với DMOS thì đặc tuyến có 2 phần chế độ giàu và chế độ nghèo.