มอสเฟต

มอสเฟต

ดีมอสเฟต ( D-MOSFET)                                                                               

            ดีมอสเฟตแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
                    1. ดีมอสเฟตแบบแชนแนล n
                    2. ดีมอสเฟตแบบแชนแนล p
 
            สัญลักษณ์ของ ดีมอสเฟตแบบแชนแนล n

                   โครงสร้างของดีมอสเฟตแบบแชนแนล n เป็นดังรูป

                                                                                

     ดีมอสเฟตแบบแชนแนล n

                         ประกอบขึ้นจากแผ่นผลีกฐาน p (p-substrate) ที่เป็นสารกึ่งตัวนำทำจากซิลิกอนขั้ว D และขั้ว S    

          ต่อกับบริเวณที่มีการกระตุ้นหรือโดปให้เป็นบริเวณสารกึ่งตัวนำ n (n-doped region) ทั้งสองส่วนนี้จะเชื่อม กับแชนแนล n สำหรับขั้ว G         จะต่อกับวัสดุผิวนอกที่เป็นโลหะโดยมีซิลิคอนไดออกไซด์ ( SiO 2 ) กั้นแชนแนล n กับขั้ว G ( ซิลิคอนได ออกไซด์เป็นฉนวนประเภทไดอิเลคทริค) เมื่อมีสนามไฟฟ้าจ่ายเข้ามาที่ชั้นของ SiO 2 ก็จะสร้างสนามไฟฟ้า ต้านและสร้างชั้นฉนวน ขึ้นภายในตัวเองเพื่อกั้นขั้วเกทกับแชนแนล แสดงว่า ไม่มีการต่อโดยตรงระหว่างขั้ว G กับ แชนแนลของมอสเฟต ขั้นที่เป็นฉนวน SiO 2 จะทำให้ Z i มีค่าสูงตามความต้องการได้
    นอกจากนี้บางครั้งจะต่อแผ่นผลึกจากฐานเข้ากับแหล่งจ่ายจึงมีขั้วเพิ่มขึ้นมาเรียกว่า ขั้วผลึกฐาน SS (Substrat : SS) ทำให้มี ขั้วเพิ่มเป็น 4 ขั้ว และจากข้างต้น จึงสรุปความหมายของคำว่า MOS ในชื่อมอสเฟต ( ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า โลหะออกไซด์สารกึ่งตัวนำ)ได้ดังนี้

                 - โลหะ ( Metal, M) หมายถึง บริเวณสำหรับการต่อขั้ว D, S และ G กับวัสดุผิวนอก
                 -  ออกไซด์ ( Oxide, O) หมายถึง ซิลิคอนไดออกไซด์ ( SiO 2 )
                 -  สารกึ่งตัวนำ ( Semiconductor, S) หมายถึง โครงสร้างพื้นฐานในบริเวณแพร่กระจายของสารกึ่งตัวนำชนิด p และสารกึ่ง ตัวนำชนิด n

การทำงานและคุณสมบัติเบื้องต้นของดีมอสเฟต ( Basic Operation and Characteristies)

         กำหนดให้ V GS ในรูป ( a)  มีค่าเป็นศูนย์ แล้วจ่าย V D ที่ขั้ว D และ S ขั้ว D สามารถดึงดูดอิเล็กตรอนอิสระ( e) ผ่านแชนแนล n และทำให้กระแส   I D = I S = I DSS ไหลผ่านแชนแนล   n  ได้ ( คล้ายกับการไหลของกระแสไฟฟ้า ในแชนแนลของเจเฟทขณะ V GS = 0 V)

 
     ถ้าจ่าย VGS ที่มีค่าเป็นลบให้กับขั้วเกท (รูป b) เช่น -1 V ความต่างศักย์ที่ขั้วเกทจะผลักดันให้อิเลคตรอนอิสระเคลื่อน ไปยัง แผ่นผลึกฐาน p และดึงดูดโ ? ลจากแผ่นผลึกฐาน p ทำให้อิเลคตรอนและโ ? ลรวมตัวกันใหม่ (Recombination Process) จึงเกิดการลดจำนวน อิเลคตรอนอิสระในแชนแนล n ที่มีไว้สำหรับการนำกระแส   เมื่อมีค่า V GS เป็นลบมาก เท่าใดก็จะเกิดการรวมตัวกันใหม่มากขึ้นเท่านั้นและ อิเลคตรอนอิสระที่แชนแนล n ก็จะมีจำนวนลดลง จึงกล่าวได้ว่าถ้า V GS   เป็นลบมากขึ้น I D จะมีค่าน้อยลง เขียนเป็นเคอร์ฟคุณลักษณะได้ ดังรูปต่อไปนี้ การทำงานขณะ VGS เป็นลบนี้ เราเรียกว่า การทำงานในโหมดดีพลีชั่น
ถ้าจ่าย V GS ที่มีค่าเป็นบวกให้กับขั้วเกทความต่างศักย์ที่ขั้วเกทจะดึงดูดอิเลคตรอนจากผลึกฐาน p มายังบริเวณ ชั้น SiO 2 ทำให้พาหะนำกระแสและสภาพนำกระแสของแชนแนลเพิ่มขี้น ดังนั้นกระแส I D จึงเพิ่มขึ้นจนมีค่ามากกว่า I DSS การทำงานขณะ V GS เป็นบวกนี้เราเรียกว่า การทำงานในโหมดเอนฮานซ์เมนต์

ดีมอสเฟตแบบแชนแนล p

   โครงสร้างของดีมอสเฟตแบบแชนแนล p มีลักษณะตรงข้ามกับรูปของดีมอสเฟตแบบแชนแนล n คือประกอบด้วย แผ่นผลึก ฐาน n และแชนแนล   p ดังรูป

                                                      
                   จากการเปรียบเทียบคุณลักษณะของดีมอสเฟตแบบแชนแนล n กับดีมอสเฟตแบบแชนแนล p ( ตามรูป b และ c)     เราพบว่าทิศทางของกระแสขั้วแรงดันต่าง ๆ กลับกันทำให้คุณลักษณะกลับกันด้วย I D จะเริ่มเพิ่มขึ้นจากจุด Cutoff ที่ V GS = V p และ ขณะที่ V GS มี      ค่าเป็นบวกลดลง I D จะเพิ่มขี้นจนถึง I GSS และเพิ่มอย่างต่อเนื่องจนเลยค่า I GSS เมื่อ V GS มีค่าเป็นลบเพิ่มขี้นยังคงใช้สมการของชอคเล่ย์ ได้แต่ ควรระวังเครื่องหมาย V GS และ V p ในสมการให้ถูกต้อง ( คือจะต้องมีเครื่องหมายเป็นบวก)
สัญลักษณ์ของดีมอสเฟต ( Symbols)

                            สัญลักษณ์ของดีมอสเฟตแบบแชนแนล n และ p เป็นดังรูป

                                                                                    

       ถ้าสังเกตุให้ดีจะเห็นว่า   สัญลักษณ์สื่อความหมายถึงโครงสร้างแท้จริงของอุปกรณ์   ช่องว่างระหว่างขั้ว G กับขั้ว D
( ที่ต่อกับขั้ว S) แสดงว่าไม่มีการต่อกันโดยตรงระหว่างขั้วทั้งสามเนื่องจากมีฉนวนกันที่ขั้ว G ส่วนขั้วผลึกฐาน SS ใน มอสเฟต บางครั้งมี บางครั้งไม่มี จึงเขียนสัญลักษณ์ได้ทั้ง 2 แบบ คือ   กรณีที่มีขั้ว SS และในกรณีไม่มีขั้ว SS ในการ วิเคราะห์ลำดับต่อไปมัก จะไม่มีขั้ว   SS  ดังนั้น   สัญลักษณ์ที่อยู่ข้างล่างจะเป็นสัญลักษณ์ที่ใช้ทั่ว ๆ ไป