Modulación de la longitud del canal MOSFET - Brillo sobre la física

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Tengo problemas para entender un aspecto de la modulación de la longitud del canal / pellizco de los MOSFET.

Mi comprensión actual (para NMOS) es que cuando se aplica un voltaje positivo a la compuerta, los portadores, orificios de la mayoría de las regiones dopadas con P se repelen desde la compuerta (los electrones son atraídos a la carga opuesta y llenan los orificios) , dejando iones negativos en un canal para que la corriente fluya a través. No hay unión PN, no hay problema. La corriente fluye bien.

Entonces, cuando mi profesor nos dice que si aumentamos el voltaje de drenaje, el canal se reducirá y finalmente se pellizcará en un extremo, creo que tiene mucho sentido. ¡Por supuesto! El aumento de voltaje moverá el centro de atracción más cerca del drenaje, lo que hará que los electrones se atraigan hacia el drenaje y se alejen de la fuente, por lo que el canal será más estrecho en la fuente y finalmente se separará cuando el drenaje haya retirado todo el Los electrones que deberían haberse acercado a la fuente más cerca del drenaje.

Sin embargo, para el profesor, funciona de manera opuesta. El canal se aplasta cerca del desagüe. No puedo imaginar por qué agregar un voltaje positivo causaría que los electrones se sientan menos atraídos por ti. Le he preguntado a los compañeros de clase y al profesor y nadie parece tener ni idea. Los compañeros dicen que no importa, el profesor dice que lo que importa es la diferencia en el voltaje, no el voltaje real. Encontré Este video de Youtube donde a las 3:00 dice que la "Positividad" entre 0.2V y 0.5V es 0.3V. ¿Qué diablos es la positividad? ¿Por qué tomar la diferencia en lugar de la suma?

    
pregunta T. K.

2 respuestas

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Recuerde, el contacto de drenaje es una unión P-N con polarización inversa . Hay una región de agotamiento que lo rodea que se vuelve más gruesa al aumentar la polarización inversa (aumentando el voltaje de drenaje).

Esta región de agotamiento se extiende hacia el canal, y el campo eléctrico asociado modifica el campo eléctrico que se produce por la diferencia de potencial entre la puerta y el sustrato, lo que dificulta la inversión necesaria para crear el canal. fin. Esto se denomina "pellizco" cuando niega completamente la inversión, creando un espacio en el canal.

Este documento: MOSFET Device Physics y la Operación contiene una gran cantidad de detalles matemáticos junto con algunos diagramas agradables.

    
respondido por el Dave Tweed
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Detalles de bonificación

  1. Lo que les importa a los diseñadores para usar Nch-enh es cómo cambia la corriente de carga a medida que comienza a pasar al estado de conducción.
  2. La carga de la compuerta aumenta a medida que la resistencia Drain-Source RdsOn disminuye cuando Vgs ~ Vgs (th).
  3. El umbral solo define el inicio de la conducción entre el Drenaje y la Fuente, mientras que la carga de la compuerta aumenta y exige una baja resistencia de la compuerta para impulsar este interruptor de carga rápidamente. dVgs / dt = Ig / Ciss
  4. Después de cambiar Vgs y Vds, la corriente de la compuerta desciende hacia 0 y RdsOn conduce de acuerdo con la curva de valores Vgs vs RdsOn.

  5. Los FET están definidos por muchas especificaciones. De importancia para la conmutación es el umbral de voltaje Vgs diferencial para la conducción de la fuente de drenaje. Este es solo el umbral, no el voltaje necesario para el interruptor de baja resistencia.

  6. Cuando un canal conduce con un espacio estrecho, la capacitancia aumenta considerablemente. Esto significa que la corriente de la compuerta aumenta bruscamente durante esta transición hasta que se convierte en un interruptor de baja resistencia. Por lo tanto, la resistencia de la unidad de compuerta externa tiende a ser de aproximadamente 100 a 1000 veces la salida RdsOn y puede coincidir con la resistencia incremental de la entrada de la compuerta o mayor si es deseable una reducción de la EMI inferior a la óptima.

  7. C = Q / V está relacionado inversamente con el RdsOn [Ohms] siempre se clasifican en algunos Vgs y Vds estándar. Consulte la ley de Coulomb para ver cómo se relacionan la brecha del canal y la capacitancia.

  8. Los Pch son solo complementarios y, al igual que PNP, deben ser ligeramente más grandes para que coincidan con la resistencia de conducción, Rce para que un BJT o RdsOn de NFET se combinen como lo están en la mayoría de los controladores lógicos CMOS.
  9. Los circuitos integrados lógicos de 5V como el 74HCxxx tienden a ser RdsOn = 50 ~ 60 Ohms +/- 25% o más en los extremos T
  10. Los IC lógicos máx. 3.3 tienden a ser de ~ 25 ohmios para cambiar más rápido a un voltaje más bajo

Observe en las hojas de datos que Vgs (RdsOn nominal) = 2x a 3x Vgs (th) umbral donde comienza la conducción con una resistencia bastante alta. Luego, a medida que Vgs aumenta más allá de este, RdsOn solo se reduce ligeramente y la corriente de la puerta baja a casi 0.

más detalles;

Coulomb's Law

Capacitancia de la compuerta frente a la carga de la compuerta en los FET n-ch, y cómo calcular la disipación de potencia durante la carga / descarga de la compuerta

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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