| 3η διάλεξη: Παρακαλώ, μπορείς να δεις να κλείσουν τον κλιματισμό, πάλι, γιατί κάνει φασαρία. Σε ευχαριστώ. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. Καλησπέρα. της επαφής ΠΕΝ, αλλά η ύπαρξη του εξαρτήματος, θα διαπιστώσουμε ότι βασίζεται στις ιδιότητες της επαφής ΠΕΝ, βάζουμε εντός ότι θα ήθελα να γνωρίζετε καλά τι συμβαίνει, γιατί πώς εξηγείται η διέλευση του ρεύματος μόνο προς τη μία κατεύθυνση, έτσι στην περίπτωση της ορθής πόλωσης και στην περίπτωση της ανάστροφης πόλωσης, πώς εξηγείται η μη διέλευση ρεύματος και βέβαια είχαμε δει την βασική εξίσουση που είχαμε χρησιμοποιήσει και στην δίοδο, στο εξάρτημα που λέγεται δίοδος και έχει μία επαφή. Εδώ το μόνο καινούριο που βάζουμε είναι ο τύπος μάλλον που υπολογίζεται αυτό το ρεύμα, το ανάστροφο ρεύμα χώρου που είχαμε ονομάσει. Και ο λόγος που χρησιμοποιούμε, μάλλον υπενθυμίζουμε αυτόν τον τύπο, είναι για να παρατηρήσουμε ότι πέρα από τις σταθερές του εξαρτήματος και βέβαια και τις διαχείσεις, τα ν είναι τα ποσοστά διαχείσεων στην περιοχή N και στην περιοχή P αντίστοιχα, αυτό που έχει σημασία για το ανάστροφο ρεύμα χώρου είναι το εμβαδόν της επαφής. Δεν θα μπούμε σε περισσότερες λεπτομέρειες πώς προκύπτει αυτός ο τύπος, τον βλέπουμε και τον δεχόμαστε έτσι. Το σημαντικό επαναλαμβάνω είναι ότι το ρεύμα αυτό είναι ανάλογο της επιφάνειας, που πρακτικά μας λέει ότι όσο πιο μεγάλο τρανζίστρο σχεδιάσουμε, τόσο περισσότερο ρεύμα θα έχουμε για τις ίδιες συνθήκες εδώ, δηλαδή για το ίδιο βεντέ θα πάρουμε περισσότερο ρεύμα. Λοιπόν, έτσι εξηγείται και πώς μπορούμε να ρυθμίσουμε το πόσο ρεύμα θα περάσει μέσα από τη δίοδο, πόσο μεγάλο ρεύμα θα περάσει, κατασκευάζοντας τη δίοδο με διαφορετικό μέγεθος. Σας είπα ότι υπάρχουν εξαρτήματα τα οποία είναι πολύ μικρά σε φυσικό μέγεθος ή πολύ μεγάλα σε φυσικό μέγεθος, έτσι ώστε να καλύπτουμε ένα ευρύ πεδίο τιμών για το ρεύμα που θα περνάει μέσα από τα εξαρτήματα αυτά. Λοιπόν, η σχέση εξακολουθεί να είναι η ίδια, αλλά εξαρτάται, το μέγιστο ρεύμα που θα περάσει εξαρτάται από το φυσικό μέγεθος του εξαρτήματος, την κατασκευή του. Να πούμε δυο λόγια για τις χωρητικότητες της επαφής ΠΕΝ, δηλαδή της διόδου. Υπάρχει μια χωρητικότητα, η οποία λέγεται χωρητικότητα περιοχής αρέωσης και όσο βλέπετε τον τύπο εκεί είναι τα φορτία της περιοχής προς την τάση που υπάρχει και τον τύπο στον οποίο καταλήγουμε μια σταθερή ποσότητα σε μηδέν και στον παρονομαστή εμφανίζεται η τάση στα άκρα της επαφής, η τάση Β, και πάλι υπάρχει μια σταθερή ποσότητα ΒΣ, ένας εκθέτης σταθερός Κ. Όσο μεγαλύτερη λοιπόν είναι η ανάστροφη τάση, τόσο μικρότερη είναι η χωρητικότητα που ονομάζεται χωρητικότητα περιοχής αρέωσης ή φορτίου χώρου. Φανταστείτε έναν πυκνωτή έτσι, όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση μεταξύ των πλακών του, τόσο μικρότερη είναι και η χωρητικότητα. Υπάρχει μια άλλη χωρητικότητα, η οποία χωρητικότητα ονομάζεται διάχυσις στα φορτία τα οποία διέρχονται μέσα από την επαφή σε ορθή πόλωση. Άρα λοιπόν εδώ ουσιαστικά μιλάμε για μια χωρητικότητα την οποίαν κυρίως τη λαμβάνουμε υπόψη μας όταν έχουμε ορθή πόλωση. Έχει τιμές σε τάξη νανοφαράδ και αυτό βέβαια εξαρτάται από το φυσικό μέγεθος. Για να πάρουμε μια εικόνα είναι αυτή η τιμή, η ενδεικτική. Ενώ στην χωρητικότητα της περιοχής αρέωσης αυτή την περίπτωση θεωρείται αμελητέα. Άρα λοιπόν κυρίως αυτή τη χωρητικότητα την εξετάζουμε στην ορθή πόλωση, κυρίως αυτή τη χωρητικότητα την εξετάζουμε στην ανάστροφη πόλωση. Επομένως αυτές είναι οι δύο χωρητικότητες οι οποίες έχουμε να λάβουμε υπόψη μας. Εδώ απλώς δεν λέμε πολλά, μας ενδιαφέρει να συνειδητοποιήσουμε ότι υπάρχει χωρητικότητα. Τι σημαίνει αυτό πρακτικά, σημαίνει ότι υπάρχει απόκριση συχνότητας. Δηλαδή σε αυξημένη συχνότητα του σήματος θα αρχίζει να παίζει ρόλο αυτή η χωρητικότητα. Στη συζήτηση που κάνουμε δεν την εξετάζουμε, έτσι καταρχήν όλη η μελέτη που κάναμε δεν λάβαμε υπόψη μας χωρητικότητες, αλλά να ξέρουμε ότι υπάρχουν χωρητικότητες, έχουν συγκεκριμένους μηχανισμούς με τους οποίους εμφανίζονται και αυτές τις χωρητικότητες θα πρέπει κάποια στιγμή να τις λάβουμε υπόψη μας. Είναι ένα θέμα, η απόκριση συχνότητας, το οποίο θα το δούμε στην ηλεκτρονική 2. Αλλά ουσιαστικά από εδώ ξεκινάει, έχουμε στο πίσω μέρος του μυαλού μας ότι υπάρχει χωρητικότητα. Η επαφή δηλαδή όπως τη μελετήσαμε λειτουργεί έτσι όταν δεν λαμβάνουμε υπόψη μας χωρητικότητες. Η όποια συμπεριφορά μελετήσαμε και θα δείτε σε μορφή ασκήσεων και λοιπά, ξεχνάμε τη συχνότητα. Θεωρούμε δηλαδή ότι η συχνότητα είναι πολύ μικρή ώστε να χρειαστεί να λάβουμε υπόψη μας αυτές τις χωρητικότητες. Αλλιώς όπως καταλαβαίνετε για μεγάλη συχνότητα του σήματος, οι χωρητικότητες αυτές απλά βραχικυκλώνουν το εξάρτημα σαν να μην υπάρχει. Ωραία. Το αφήνουμε όμως, σημειώνουμε αυτή την παρατήρηση και την αφήνουμε για να τη δούμε αναλυτικότερα σε επόμενη φάση. Επίσης να δούμε λίγο τους μηχανισμούς διάσπασης. Είχαμε πει ότι αν τυχόν προχωρήσουμε προς τα αρνητικά σε μεγάλες τιμές, τάσεις, προφανώς το εξάρτημα δεν αντέχει, το είπαμε. Έτσι, όπως και στα μεγάλα ρεύματα δεν αντέχει, υπάρχει κάποιο όριο. Και στις ανάστροφες τάσεις υπάρχει κάποιο όριο, γιατί υπάρχουν δύο μηχανισμοί διάσπασης. Το πρώτος μηχανισμός είναι το φαινόμενο χιονοστιβάδας, δηλαδή φορείς οι οποίοι κινούνται με το εξωτερικό πεδίο δημιουργούν φαινόμενο χιονοστιβάδας, δηλαδή συγκρούνται με άλλους φορείς, ηλεκτρόνια τα οποία κινούνται, συγκρούνται με άλλους φορείς και τους εκτοπίζουν και αυτούς, τους μεταφέρουν ενέργεια και τους εκτοπίζουν από τα άτομα τα οποία βρίσκονται και επομένως δημιουργείται ένας πολλαπλασιασμός των φορέων, απότομος και αυτό εδώ έχει ως αποτέλεσμα την καταστροφή, την διέλευση μεγάλου ρεύματος μέσα από την επαφή, ανάστροφου ρεύματος. Και φυσικά την καταστροφή. Αυτός λοιπόν είναι ένας μηχανισμός, ο μηχανισμός της διάσπασης με το φαινόμενο της χιονοστιβάδας, ο οποίος οδηγεί σε διέλευση μεγάλου ανάστροφου ρεύματος και καταστροφή. Επίσης υπάρχει το φαινόμενο Ζένερ όπου έχουμε ταυτόχρονη κατάληση ομοιοπολικών δεσμών, δηλαδή δεν συζητάμε για φορείς οι οποίοι κινήθηκαν και αυτοί παρήγαγαν επιπλέον φορείς μεταφέροντας κινητική ενέργεια, αλλά διάσπαση πολλών ομοιοπολικών δεσμών ταυτόχρονα και μεγάλο ρεύμα και αυτό το φαινόμενο θα μπορούσε δυναιτικά να είναι καταστροφικό για μία δίοδο που δεν είναι κατασκευασμένη για να λειτουργεί έτσι. Υπάρχουν όμως οι δικές δίοδοι, τις οποίες θα τις δούμε επίσης σε επόμενο μάθημα, οι οποίες είναι κατασκευασμένες για να λειτουργούν με βάση αυτό το φαινόμενο. Δηλαδή έχουν πρακτικά μεγάλο ποσοστό προσμίξεων, έτσι ώστε να έχουμε πληθώρα φορέων δινητικά εν δυνάμη διαθέσιμων και επομένως για κάποιες ανάστροφες τάσεις της τάξης των 4, 5, 6 V, αυτές ανάστροφες τάσεις, οι δύο διάγουν ένα μεγάλο ρεύμα, μπορούμε να τις χρησιμοποιήσουμε δηλαδή και όταν αναιρέσουμε αυτήν την τάση, τότε επανέρχονται στην κανονική λειτουργία. Άρα λοιπόν αυτό το φαινόμενο το εκμεταλλευόμαστε για να κατασκευάσουμε εξαρτήματα τα οποία στην ορθή πόλωση λειτουργούν κανονικά με τα γνωστά 0,6 V, μιλάμε για πυρητίου ας πούμε, ενώ στην ανάστοφη πόλωση σταθεροποιούν 4, 5, 6 V, ανάστοφα. Έτσι λοιπόν με αυτόν τον τρόπο έχουμε και προς τη μία και προς την άλλη κατέθυση οριοθέτηση των τάσεων του εξαρτήματος και χρησιμοποιούνται φυσικά όπως είναι αναμενόμενο σε κυκλώματα σταθεροποίησης τάσης. Αυτά λοιπόν θα τα δούμε αργότερα, προς το παρόν αναφέρουμε το φαινόμενο Zenner γιατί έχει να κάνει με την λειτουργία της επαφής ΠΕΝ και επομένως πρέπει να το γνωρίζουμε, να γνωρίζουμε δηλαδή την πηγή αυτού του φαινομένου. Έτσι λοιπόν τελειώσαμε με... Ναι, ορίστε. Πλέον η κινητική ενέργεια που παίρνουν είναι μεγάλη, μπορούν να το ξεπεράσουν, ανάχα. Όχι, όχι, σε ανάστροφο, παρόλο που είναι ανάστροφο, έτσι, αν έχουμε μεγάλες τιμές, υπάρχει ένας ενδεικτικός υπολογισμός, έξι φορές το ενεργειακό διάκαινο προς το φορτίο του ηλεκτρονίου, όταν η τάση δηλαδή μεγαλώσει αρκετά, μπορεί να αρχίσει να εμφανίζεται αυτό το φαινόμενο. Δηλαδή έχουμε καταστρατήγηση, ξεπερνάει το φράγμα αυτό του δυναμικού, το ανάποδο. Δηλαδή έχουν αρκετή ενέργεια ώστε τελικά να περάσουν αυτό το πρόβλημα που υπάρχει, την αντίδραση που υπάρχει στην επαφή ΠΕΝ και να δημιουργήσουν τεράστιο ανάστροφο ρέβο. Και αυτό θα ήθελα να είναι κατανοητό με την έννοια ότι σκεφτείτε ότι αυτές οι επαφές είναι της τάξης, της τάξης που μπορεί να είναι μερικών μικρομέτρων, οι επαφές για τις οποίες συζητάμε μπορεί να είναι και κάτω από μικρόμετρο ή μπορεί να είναι ένα χιλιοστό. Οι αποστάσεις δηλαδή είναι πάρα πολύ μικρές για τις οποίες συζητάμε. Και εδώ σας είχα πει ότι στην ενδεικτική αυτή διαφάνεια που λέει για κάποιο μήκος, αυτό το μήκος είναι πολύ μεγάλο γενικά. Αυτό το μήκος που λέει εδώ για την περιοχή φορτίων χώρου είναι πολύ μεγάλο. Σε ολοκληρωμένα κυκλώματα που φτιάχνουμε διόδους ή που έχουμε επαφές ΠΕΝ γενικότερα, αυτό το μέγεθος είναι πολύ μικρότερο. Όταν τα τρανζίστορ ακούτε, έχουμε τρανζίστορ με 22 νανόμετρα κανάλι, με 14 νανόμετρα κανάλι, μιλάμε για νανόμετρα. Κυκλομένως αυτές οι διαστάσεις εδώ είναι τεράστιο μέγεθος. Άρα λοιπόν είναι εύκολο να, παρόλο που το φαινόμενο της επαφής ΠΕΝ δημιουργεί αυτήν την αντίδραση, είναι εύκολο από μία τάση και μετά να σαρωθεί τελείως από φορείς και να έχουμε την καταστροφική βέβαια διέλευση μεγάλου ρεύματος. Μεγαλώνει. Ορίστε. Ναι μεγαλώνει, αλλά σας λέω ότι μεγαλώνει τα μήκη, αλλά τα μήκη για τα οποία συζητάμε είναι ελάχιστα. Είναι νανόμετρα. Στην ορθή πόλωση ούτως ή άλλως διέρχεται. Ναι, μεγάλο ρεύμα. Ναι, τι εννοείτε. Αν στην ορθή πόλωση, αν δεν το περιορίσουμε με μια εξωτερική αντίσταση, και στην ορθή πόλωση θα έχουμε μεγάλο ρεύμα. Απλώς το φαινόμενο αυτό δημιουργείται όταν δημιουργείται πεδίο, δηλαδή κρατάει πεδίο εκεί και το ενισχύει. Οπότε ξαφνικά συμβαίνει το φαινόμενο αυτό. Στην ορθή πόλωση δεν υπάρχει τόσο. Δεν υπάρχει ένταση πεδίου μέσα στην επαφή. Υπάρχει άλλη γενικά ερώτηση. Είναι ένα κλασικό θέμα θεωρίας, η λειτουργία της επαφής Π1. Ορίστε. Γιατί ξεκινάμε στην αρχή, υπάρχει αυτή η περιοχή, δεν ξέρω εδώ, για να δούμε λίγο. Υπάρχει μια περιοχή, αυτή η περιοχή φορτίων χώρου, χρειάζεται κάποια τιμή να φτάσει το δυναμικό, ώστε το εξωτερικό πεδίο να μειώσει αρκετά την περιοχή αυτή, ώστε να έχουμε διέλευση ρέγματος. Δεν μπορεί με μηδενική τάση να ξεκινήσει, δηλαδή με πολύ μικρή, 0,1 V. Θα αρχίσει αυτό να μικρένει. Μην ξεχνάτε ότι όλα γίνονται αναλογικά, σιγά σιγά. Με την ύπαρξη της εξωτερικής ορθής πόλωσης, αυτό σιγά σιγά αρχίζει και συρρικνώνεται και πρέπει να φτάσει κάποια τιμή, η οποία λογαριάζεται από αυτούς εδώ τους τύπους. Πρέπει να φτάσει σε μια τιμή για να μπορέσει να έχουμε φορείς οι οποίοι θα κινηθούν τελικά, θα ξεπεράσουν το, συγγνώμη, τα ηλεκτρόνια ας πούμε θα ξεπεράσουν αυτό εδώ και θα περάσουν στην απέναντι πλευρά. Γιατί, κοιτάξτε, είναι πεδίο εδώ. Όταν πάει ένας φορέας να περάσει, βλέπει ένα αντίθετο πεδίο. Εδώ είναι πλύν, εδώ είναι σίν. Το ηλεκτρικό πεδίο εδώ είναι αντίθετο στην ορθή πόλωση, το εξωτερικό πεδίο που δημιουργείται δημιουργείται εδώ το πλύν, εδώ το σίν. Προσέξτε, ουσιαστικά εδώ θα πρέπει το εξωτερικό πεδίο, το οποίο είναι αντίθετο από αυτό, θα πρέπει να φτάσει κάποια τιμή για να αντισταθμίσει και μετά. Είναι τα γνωστά 0.4-0.5 V για να αρχίσουμε να έχουμε αγωγημότητα. Φυσικά, στο τέλος λέμε ότι κρατάμε 0.6 V, αλλά ήδη η δίοδος από τα 0.4 ίσως έχει ένα μικρό ρεύμα. Άρα, λοιπόν, η διαδικασία αυτή είναι σταδιακή, η συρρήχνωση. Στη συνέχεια, στην περίπτωση της ανάστροφης πόλωσης, το πεδίο που βάζουμε είναι παράλληλο. Της ίδιας φοράς με το εσωτερικό. Άρα, το επεκτείνει. Άρα, δεν μπορεί να περάσει, δεν έχουμε τη δυνατότητα να περάσουμε αυτό το φράγμα. Επεκτείνεται αυτή η περιοχή αρέωσης και δεν μπορούν οι φορείς να περάσουν από τη μια πλευρά στην άλλη. Αυτή είναι η εξήγηση γιατί περνάνε μόνο προς τη μία κατεύθυνση. Το γεγονός ότι επεκτείνεται εδώ το πεδίο, αυτή η περιοχή αρέωσης, επεκτείνεται και εμποδίζει τη διέλευση του ρεύματος. Και είπαμε ότι αυτό συμβαίνει μέχρι κάποια τιμή, όσο αντέχει το εξάρτημα ανάλογα με το μέγεθό σας. Φυσικά, αν ξαφνικά βάλετε ανάστροφα 100 V, απλά θα το κάψετε. Αυτό ισχύει για κάποιες μέχρι κάποια τιμή ανάστροφης τάσεις. Δηλαδή, μπορεί το εξάρτημα ανάλογα με το μέγεθό σου να κρατήσει αυτό το φράγμα, να διατηρηθεί. Μετά έχουμε φαινόμενα διάστασης. Ωραία. Τελειώσαμε λοιπόν με την εξήγηση της επαφής ΠΕΝ, με το εξάρτημα το οποίο έχει μία επαφή ΠΕΝ και λέγεται δίοδος. Και τώρα περνάμε στο επόμενο εξάρτημα που θα μας απασχολήσει, που είναι το μονοπολικό τρανζίστορ. Το τρανζίστορ επίδρασης παιδίου. Το τρανζίστορ, λοιπόν, επίδρασης παιδίου είναι ένα εξάρτημα με τρεις ακροδέκτες. Η δίοδος ήταν εξάρτημα με δύο ακροδέκτες. Στιχείο με τρεις ακροδέκτες και εδώ υπάρχει ένας έλεγχος ενός εσωτερικού ηλεκτρικού παιδίου με τη μορφή ενός εξωτερικού δυναμικού στην πύλη. Οι τρεις ακροδέκτες ονομάζονται πύλη, εκκροή και πηγή. Η λειτουργία λοιπόν αφού το εξαρτήματος βασίζεται στον έλεγχο της αγογημότητας μεταξύ της εκκροής και της πηγής από ένα εσωτερικό παιδίο, ένα ηλεκτρικό παιδίο, το οποίο επιβάλλεται από την τάση της πύλης. Βάζουμε ένα δυναμικό στην πύλη, κατάλληλο, θα δούμε στη συνέχεια και με αυτό το δυναμικό ελέγχουμε το πεδίο που δημιουργείται και ουσιαστικά ελέγχουμε το ρεύμα μεταξύ εκκροής και πηγής. Σ' αυτό λοιπόν το εξάρτημα έχουμε έναν τύπο φορέων, δηλαδή θα μελετήσουμε εξαρτήματα τα οποία είτε αφορούν κίνηση, το ρεύμα οφείλεται σε κίνηση ηλεκτρονίων, είτε σε εξαρτήματα που το ρεύμα οφείλεται σε κίνηση οπών, είναι δηλαδή τύπου N ή τύπου P το κανάλι μέσα από το οποίο περνάνε, περνάν οι φορείς και επομένως αυτό το τρανζίστορ, αυτή η κατηγορία τρανζίστορ λέγονται μονοπολικά εξαιτίας του γεγονότος ότι το ρεύμα που δημιουργείται μέσα τους οφείλεται ή σε ηλεκτρόνια ή σε οπές, όχι και στα δύο. Υπάρχουν αρκετά τέτοιου τύπου τρανζίστορ. Για να πούμε και ιστορικά, το τρανζίστορ αυτό είναι, η θεωρία αυτού του τρανζίστορ, του MOS τρανζίστορ, είναι η πιο παλιά. Το πρώτο τρανζίστορ που κατασκευάστηκε βέβαια ήταν διπολικό τρανζίστορ, το οποίο θα πούμε μετά την ολοκλήρωση αυτής της κατηγορίας των τρανζίστορ. Ιστορικά, λοιπόν, τα πρώτα τρανζίστορ που σκέφτηκαν ήταν τα MOS τρανζίστορ και θα δούμε τη θεωρία τους σήμερα. Βλέπουμε, λοιπόν, ότι τα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου μπορεί να είναι τύπου επαφής ή τύπου MOS. Αυτά τα δύο θα δούμε και κυρίως θα δούμε αυτά. Δηλαδή, αυτά είναι τα τρανζίστορ που έχουν επικρατήσει σε μια ευρύα γκάμα κυκλομάτων εφαρμογής. Είναι και τεχνολογικά πιο εύκολα να κατασκευαστούν και γενικότερα είναι αυτά με τα οποία ασχολούμαστε και προσπαθούμε να βρούμε λύσεις χρησιμοποιώντας τρανζίστορ MOS. Θα δούμε όμως και τα ενσυντομία και τα τρανζίστορ J-FET, τα τρανζίστορ FET επαφής, και υπάρχει και μια σειρά, βλέπετε από εκεί, και άλλες κατηγορίες, αρκετές, στις οποίες θα έχουμε την ευκαιρία να συζητήσουμε στα πλαίσια μαθημάτων του τελευταίου έτους σχεδίας κυκλομάτων VLSI, ειδικές κατηγορίες. Σήμερα υπάρχουν αρκετές κατηγορίες τρανζίστορ επίδρασης πεδίου. Βεβαίως, δεν πάβει αυτή η κατηγορία τα MOS να είναι η κύρια και η πιο ενδιαφέρουσα από πρακτική άποψη. Για να δούμε την ιδέα του τρανζίστορ J-FET. Επίδρασης πεδίου, αλλά επαφής. Εδώ διαπιστώνουμε ότι πάλι συζητάμε για επαφή πN, με τις γνωστές ιδιότητες που μόλις αναφέραμε και βλέπουμε τους ακροδέκτες την εκκροή και την πηγή. Βλέπετε ότι μιλάμε για ένα σώμα ημιαγωγού ενός τύπου, κάποιου τύπου, ή N ή π. Εδώ ζωγραφίζουμε την περίπτωση τύπου N. Και στη συνέχεια εδώ έχουμε μία άλλη περιοχή τύπου π. Με διάχυση αντίθετου τύπου ώστε να δημιουργείται επαφή πN. Αυτό το βλέπουμε βέβαια σαν τώρα μια κυλινδρική επιφάνεια. Μπορούμε να το φανταστούμε μάλλον σαν μια κυλινδρική επιφάνεια, όπου αυτό εδώ είναι κατασκευασμένο στη μέση σαν δακτήλιος. Δηλαδή αυτό είναι ενιαίο. Δεν είναι δύο περιοχές. Φανταστείτε λοιπόν ότι αυτό που βλέπουμε είναι ένας κύλινδρος, ο οποίος στη μέση έχει ένα δακτυλίδι. Αυτή λοιπόν είναι ενιαία επαφή, βλέπετε. Δεν είναι δύο επαφές. Αυτό με αυτό είναι ενιαίο, πρακτικά. Άρα μία επαφή είναι αυτή, μία δεύτερη επαφή είναι αυτή και μία τρίτη επαφή είναι εκείνη. Έχουμε λοιπόν ένα κανάλι. Αυτό ονομάζεται κανάλι, το βλέπετε. Αυτό είναι το κανάλι, όπου το κανάλι αυτό έχει γύρω γύρω ένα δακτυλίδι με αντίθετης πόλωσης, αντίθετον τύπου προσμήξεων υλικό. Αυτή λοιπόν είναι η γενική ιδέα και με βάση αυτά που είπαμε, αυτό που περιμένουμε να δούμε είναι πώς βάζοντας εδώ κάποιο δυναμικό θα ελέγξουμε τη ροή του ρεύματος από την εκρροή στην πηγή. Και αυτό περιμένουμε να δούμε. Δηλαδή βάζοντας δυναμικό στην πύλη, θα ελέγξουμε το πόσο ρεύμα περνάει από εκεί προς τα εδώ. Έχουμε βλέπετε προφανώς δύο κυκλώματα, έτσι. Έχουμε μία τάση την οποία θα δούμε ότι την τοποθετούμε μεταξύ αυτού και αυτού του ακροδέκτη και μία τάση που θα βάλουμε μεταξύ της εκρροής και της πηγής. Ένα δεύτερο κύκλωμα. Έτσι λοιπόν βλέπουμε αυτά τα δύο κυκλώματα εδώ. Επαναλαμβάνω ότι αυτό και αυτό είναι ενιαίο. Έχουμε λοιπόν δύο κυκλώματα. Έχουμε ένα κύκλωμα το οποίο είναι μεταξύ της πύλης επάνω. Η πύλη και η πηγή. Η τάση μεταξύ πύλης και πηγής είναι αυτή που ελέγχει το εξάρτημα. Έτσι ορίζεται. Δηλαδή η πηγή είναι εκείνος ο ακροδέκτης από τους δύο μεταξύ αυτού και της πύλης δημιουργείται η διαφορά δυναμικού για τον έλεγχο. Άρα αυτή εδώ η διαφορά δυναμικού είναι που ελέγχει τη ροή του ρεύματος στο άλλο κύκλωμα. Εδώ να παρατηρήσουμε ότι η πόλωση υποχρεωτικά είναι ανάστροφη. Δηλαδή αυτό το εξάρτημα, ο τρόπος λειτουργίας του, η λογική λειτουργίας του είναι αποκλειστικά για ανάστροφη πόλωση. Αποκλειστικά. Γιατί εδώ ουσιαστικά θέλουμε να δημιουργήσουμε αυτό που είπαμε την περιοχή αρέωσης και η ιδέα είναι αν μεγαλώνουμε αυτήν την ανάστροφη πόλωση μεγαλώνει το πεδίο, όπως εξηγήσαμε, περιοχή φορτίων χώρων. Άρα, λοιπόν, επιτρέπει ροή ηλεκτρονίων σε μικρότερο χώρο εδώ πέρα. Επομένως, διευρύνοντας αυτό το πεδίο, μπορούμε αυτό εδώ να το κλείσουμε τελείως. Και έτσι να μην έχουμε ροή. Φανταζόμαστε, λοιπόν, ότι για συνθήκες όπου η VDS είναι μικρή, η τάση μεταξύ αυτών των δύο ακροδεκτών είναι μικρή. Η VGS είναι μεγαλύτερη από την τάση φραγής. Ακόμα. Μεγαλύτερη κατά πραγματική τιμή. Έχουμε ροή ρεύματος. Και θα έχουμε ροή ρεύματος μέχρι κάποια στιγμή. Δηλαδή, καθώς αυξάνουμε, βλέπετε... Συγγνώμη, άλλο φαινόμενο είναι εδώ. Άλλη παρατήρηση είναι εδώ. Ας δούμε ξανά στο προηγούμενο. Εδώ εννοείται, λοιπόν, ότι καθώς αυξάνουμε αυτή την τάση προς τα αρνητικά, αν θέλετε να το πούμε κατά πραγματική τιμή, μικραίνουμε την τάση VGS. Αυτό εδώ μεγαλώνει. Αυτό και αυτό. Και, επομένως, μικραίνει ο ελεύθερος χώρος για να περάσει ρεύμα. Με αποτέλεσμα, αν υπάρχει κάποια συγκεκριμένη τάση, η οποία κλείνει αυτόν τον δίαβολο, το κανάλι, το γεμίζει με περιοχή αρέωσης, και, επομένως, αυτή η τάση λέγεται τάση φραγής και είναι χαρακτηριστική του εξαρτήματος. Άρα, λοιπόν, κάθε εξάρτημα JFET έχει μια χαρακτηριστική τιμή, η οποία είναι η τάση φραγής. Θα δούμε και μια ακόμη παράμετρο που είναι χαρακτηριστική του εξαρτήματος. Άρα, λοιπόν, η τάση φραγής είναι η τάση στην οποία κλείνει το κανάλι, δηλαδή, ουσιαστικά, κλείνει η λέξη σε ισαγωγικά. Αρεώνει εντελώς, όλη η περιοχή του καναλιού γίνεται περιοχή αρέωσης και, επομένως, δεν έχουμε δυνατότητα να περάσουμε φορτία και, επομένως, ελέγχουμε το ρεύμα μεταξύ εκρωής και πηγής από την ανάστροφη τάση μεταξύ πύλης και πηγής. Αυτή, λοιπόν, είναι η ιδέα που είπαμε στην αρχή, ότι η ροή του ρεύματος μεταξύ εκρωής και πηγής ελέγχεται από την τάση μεταξύ πύλης και πηγής, με αυτόν τον δρόμο. Βέβαια, όταν μεγαλώσει η τάση μεταξύ Vds, προφανώς, το κανάλι δεν είναι ακριβώς ομοιόμορφο, γιατί μεγαλώνει εδώ. Αυτή η διαφορά θα είναι διαφορετική από αυτήν. Βλέπετε, εδώ έχουμε κάποια τιμή, εδώ έχουμε μίον μισό volt, αν η τάση φραγίση είναι μισό volt, μίον μισό volt, αν εδώ για τη ροή του ρεύματος εδώ έχουμε, ας πούμε, μηδέν και εδώ έχουμε ένα volt, καταλαβαίνετε ότι αυτή η διαφορά είναι διαφορετική από αυτήν. Επομένως, το κανάλι υπάρχει μεν, αλλά η μορφή του τροποποιείται. Και βέβαια κάποια στιγμή εδώ, σιγά σιγά αυτό εδώ έρχεται να κλείσει, σε αυτήν την περίπτωση συνεχίζει ο ρεύματος, δεν σταματάει, απλώς υπάρχει η έννοια του κορεσμού. Δηλαδή, εφόσον επιτρέπεται καταρχήν η διέλευση, αυξάνοντας την τάση Vds, αυξάνει το ρεύμα, αλλά κάποια στιγμή υπάρχει ένας κορεσμός, όταν αυτό εδώ θα φτάσει σχεδόν να ακουμπήσει από τη μια πλευρά, τότε υπάρχει ένας κορεσμός, δεν μπορεί να περάσει μεγαλύτερο ρεύμα, υπάρχει μια ισορροπία δηλαδή, έτσι, όσο ρεύμα περνούσε, εξακολουθεί να περνάει εκείνη τη στιγμή, συνεχίζει να περνάει, αλλά σταματάει να αυξάνει το ρεύμα, υπάρχει ένας κορεσμός δηλαδή. Αυτή λοιπόν είναι η γενική λειτουργία, δηλαδή, εφόσον η τάση είναι μεγαλύτερη κατά πραγματική τιμή από την τάση φραγής, δεν έχει φράξει ο διάβολος συνολικά, δεν ξεκινάει ένα ρεύμα, αυξάνει το ρεύμα σαν να βλέπουμε εδώ μια αντίσταση, απλή αντίσταση, μέχρι κάποια στιγμή, όπου υπάρχει ένας κορεσμός, μέχρι κάποια στιγμή τιμής, καθώς αυξάνουμε τη VDS, αυξάνουμε, αυξάνουμε, αυξάνουμε, κάποια στιγμή δημιουργείται ένας κορεσμός, από εκεί πέρα το ρεύμα δεν αυξάνει παραπάνω, διατηρείται σε εκείνη τη τιμή. Σε ποια τιμή θα συμβεί ο κορεσμός, προφανώς εξαρτάται από την αρχική τιμή της VDS, δηλαδή ποια ήταν η αρχική τιμή. Όλα αυτά μας τα λένε αυτές οι χαρακτηριστικές, στις οποίες θα μάθουμε να δουλεύουμε, είναι η χαρακτηριστική μεταφοράς, δηλαδή εισόδου-εξόδου, και οι χαρακτηριστικές εξόδου. Αυτές λέγονται χαρακτηριστικές εξόδου, γιατί και οι δύο παράμετρη είναι στο κύκλωμα εξόδου. Εδώ να πούμε ότι στα εξαρτήματα αυτά, σαν κύκλωμα εισόδου θεωρούμε το κύκλωμα που ελέγχει τη VDS, την τάση μεταξύ πύλης και πηγής. Σαν κύκλωμα εξόδου θεωρούμε το κύκλωμα που ελέγχει, που βάζει την τάση μεταξύ εκκροής και πηγής. Και φυσικά, πρακτικά, η τάση μεταξύ πύλης και πηγής θα ελέγξει το ρεύμα μεταξύ εκκροής και πηγής. Πώς θα το ελέγξει, θα το δούμε εδώ τώρα μέσως. Είπαμε ότι μάλλον η περιγραφή που κάναμε εξηγεί μία μία αυτές τις χαρακτηριστικές. Δηλαδή, όσο η τάση VDS εκκροής πηγής είναι μικρή, τότε, καθώς αυξάνεται η τιμή της τάσης αυτής, αυξάνεται και το ρεύμα. Κάποια στιγμή συμβαίνει το φαινόμενο του να κλείσει από μια μεριά ο διάβολος και εκεί το ρεύμα σταθεροποιείται και από εκεί και πέρα μένει σταθερό. Το ίδιο θα συμβεί για διαφορετικές τιμές VDS. Βλέπετε όμως ότι όσο πιο μεγάλη είναι η VDS, πιο μεγάλη σε πραγματική τιμή, τόσο μεγαλύτερο θα είναι και το ρεύμα, που θα μπορέσει να περάσει. Όταν η VDS θα μικρύνει αρκετά, ώστε να φτάσει την τιμή φραγής, τότε ουσιαστικά μιλάμε για μηδενικό ρεύμα συνεχώς. Άρα, βλέπουμε ότι τελικά, το πόσο ρεύμα για μια τιμή VDS, το πόσο ρεύμα θα περνάει μέσα από το εξάρτημα, δεν εξαρτάται από την VDS, αλλά εξαρτάται από την τιμή της VGS. Έτσι, λοιπόν, πρακτικά, ελέγχουμε το ρεύμα μεταξύ εκκροής πηγής, βάζοντας τάση μεταξύ πύλης και πηγής. Αυτό, λοιπόν, μας λένε αυτές οι χαρακτηριστικές. Φυσικά, αυτό συμβαίνει εδώ, έτσι, και έχει μετά τη φραγή ή στον κορεσμό, όπως λέμε, στο μέγιστο ρεύμα. Μετά τη φραγή εννοούμε εκείνο το κλείσιμο στην πλευρά της εκκροής, το κλείσιμο του καναλιού. Όσον αφορά τις χαρακτηριστικές εισόδου, εδώ περιγράφουμε τη χαρακτηριστική, μάλλον, μεταφοράς. Περιγράφουμε το γεγονός ότι, αν κάποιες τιμές, μικρές αρνητικές τιμές, έχουμε τη λειτουργία, έχουμε ρεύμα, αλλά αν η αρνητική τάση που βάζουμε φτάσει την τιμή φραγής, την τάση φραγής, τότε πλέον το ρεύμα είναι 0. Ό,τι και να βάλουμε στο VDS, ό,τι τιμή και να βάλουμε εκκροή μεταξύ εκκροής πηγής, το ρεύμα είναι 0, το κανάλι είναι ήδη φραγμένο. Άρα, λοιπόν, αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό σημείο για το κάθε εξάρτημα, μας το δίνει ο κατασκευαστής. Και εκείνο είναι ένα χαρακτηριστικό σημείο, που αντιστοιχεί στην περίπτωση που δεν βάλουμε VDS, VDS 0, είναι το μέγιστο. Είναι το μέγιστο, γιατί δεν ξεκινάμε να δημιουργήσουμε καθόλου κλίσιμο. Έχουμε το μέγιστο κανάλι, καταλαβαίνετε. Δεν υπάρχει περιοχή αρέωσης, δεν φτιάχνουμε περιοχή αρέωσης. Άρα, ουσιαστικά, εξαρτάται το μέγιστο ρεύμα, εξαρτάται το φυσικό μέγεθος του τρανζίστορ. Ναι. Όταν το VDS 0 είναι σκνάχνει με κύκλωμα. Όχι, το VDS είναι 0, πρακτικά είναι, ναι, βράχνει κύκλωμα, ναι. 0. Απλώς δεν υπάρχει κανάλι, δεν υπάρχει, συγνώμη, περιοχή αρέωσης, δηλαδή όταν το VDS είναι 0, αυτό εδώς δεν υπάρχει περιοχή αρέωσης, άρα αφήνει όλο το κανάλι διαθέσιμο. Άρα, είναι το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να περάσει μέσα στο εξάρτημα. Φυσικά θα δημιουργηθεί μετά, καθώς αυξάνει το VDS, εδώ θα είναι 0 το κανάλι, το κλείσιμο, αλλά σιγά σιγά θα έρθει έτσι ώστε να το κλείσει. Αλλά αυτό θα είναι, εν πάση περιπτώσει, το μέγιστο ρεύμα. Θα είναι η χαρακτηριστική αυτή εδώ. Και είναι το μέγιστο ρεύμα και επίσης είναι χαρακτηριστικό του εξαρτήματος. Δηλαδή, τα εξαρτήματα αυτά μας δίνονται με αυτήν την παράμετρο και αυτήν την παράμετρο. Ή θα δούμε και κάποιο άλλο παράμετρο κέρδους, θα το δούμε στη συνέχεια, η οποία συσχετίζεται άμεσα με αυτές τις δύο. Αυτή λοιπόν, οπωσδήποτε, και εκείνη, το JDSS, το μέγιστο ρεύμα, μπορεί να δίνεται αυτό ή μπορεί να δίνεται κάποια παράμετρος κέρδους, η οποία μας δίνει αυτή η χαρακτηριστική. Άρα λοιπόν, αυτή είναι η περιγραφή της λειτουργίας του transistor JFET. Και πάμε λίγο να δούμε τα MOSFET. Εδώ τα πράγματα είναι αρκετά διαφορετικά. Δηλαδή, αυτό το transistor πλέον δεν βασίζεται η λειτουργία του άμεσα στην επαφή πn. Και θα εξηγήσω αμέσως τι εννοώ. Εδώ πάλι βλέπουμε ένα εξάρτημα, το οποίο έχει καταρχήν το πλεονέκτημα ότι η λειτουργία του είναι επιφανειακή, ενώ προηγουμένως η περιγραφή που κάναμε αφορούσε κάτι καταρχήν σε όγκο, έτσι. Εδώ η λειτουργία είναι επιφανειακή. Φανταζόμαστε λοιπόν ότι έχουμε ένα πλακίδιο πυρητίου, το οποίο έχει έστω προσμήξεις τύπου π. Φτιάχνουμε μια περιοχή η οποία είναι τύπου n. Και εδώ μια περιοχή που είναι τύπου n. Αυτό το sin που θα βλέπετε πολλές φορές σημαίνει αυξημένο ποσοστό προσμήξεων. Είτε ν-sin είτε π-sin σημαίνει απλά με αυξημένο ποσοστό προσμήξεων, σε σχέση με τα υπόλοιπα. Αυτό λοιπόν εδώ, ανάμεσα από τις δύο περιοχές, έχουμε άλλη μια περιοχή τύπου n. Κατασκευάζουμε λοιπόν πάνω στο πλακίδιο το οποίο είναι έστω τύπου π, μια περιοχή με αυξημένο ποσοστό προσμήξεων τύπου n, μια περιοχή δεύτερη και μια ενδιάμεση περιοχή η οποία δεν έχει τόσο μεγάλο ποσοστό, δεν έχει ιδιαίτερη σημασία, θα το καταλάβετε σε λίγο γιατί. Πάνω από αυτή την περιοχή υπάρχει μια περιοχή οξυδίου, οξυδίου του πυρητίου έστω, μονοτικό υλικό. Πάνω από το μονοτικό υλικό υπάρχει ένα αγώγημο υλικό. Έστω μέταλλο, θα εξηγήσω στη συνέχεια ότι δεν είναι πλέον μέταλλο αυτό. Έστω λοιπόν έχουμε ένα μέταλλο, ένα αγώγημο υλικό, ένα οξύδιο, από κάτω έχουμε πάλι αγώγημο υλικό με αυτή τη δομή. Από αυτόν τον συνδυασμό πήρε το όνομά του το εξάρτημα. Το εξάρτημα λέγεται MOS, δηλαδή Metal Oxide Semiconductor. Από αυτό το σάντουιτς που καταρχήν ήταν η αρχική κατασκευή, ονομάστηκε έτσι το MOS transistor. Αυτό δεν είναι μέταλλο, αλλά το transistor εξακολουθεί να λέγεται MOS. Metal Oxide Semiconductor. Η ιδέα λοιπόν είναι ότι αν εδώ εγώ πάρω έναν ακροδέκτη, έστω ότι αυτό είναι η πηγή. Έστω ότι αυτό εδώ ακροδέκτης είναι η εκρροή. Και έχω φτιάξει και ένα κανάλι εδώ ανάμεσα. Αυτός ο ακροδέκτης είναι η πύλη. Αυτός εδώ είναι ένας πυκνωτής, προφανώς. Αν εγώ εδώ βάλω δυναμικό, τι θα συμβεί? Θα αρχίσω να επιδρώ στην ύπαρξη φορέων, αφόσον αυτός είναι πυκνωτής βάζοντας εδώ ένα δυναμικό, θετικό ή αρνητικό, έχω από κάτω τα αντίθετα φορτεία. Επομένως θα συσσορευτούν εδώ φορτεία στην περιοχή αυτή και επομένως θα ελέγξω την αγωγημότητα αυτού του καναλιού. Άρα λοιπόν εδώ είναι και πάλι η έννοια του field effect transistor, transistor επίδρασης πεδίου. Το πεδίο λοιπόν που θα δημιουργήσω, το αδυναμικό που θα δημιουργήσω μεταξύ των δύο αυτών ακροδεκτών, θα την χρησιμοποιήσω για να ελέγξω την αγωγημότητα αυτού του καναλιού. Αυτά τα transistor ήταν τα πρώτα, στη δεκαετία του 2030 περίπου εκεί που σχεδιάστηκαν, απλώς η τεχνολογία δεν προσφέρθηκε πριν από το 1960 για να κατασκευαστούν. Και έτσι τα πρώτα transistor που κατασκευάστηκαν, περίπου το τέλος της δεκαετίας του 1940, ήταν διπολικά, τα οποία θα τα δούμε, είπαμε, στη συνέχεια. Έτσι λοιπόν αυτό το transistor λέγεται transistor MOSFET, διάβλου n, γιατί το κανάλι το φτιάξαμε με διάβλο, με πρόσμηξη τύπου n, και λέγεται αρέωσης και πίκνωσης. Γιατί? Γιατί έχοντας κατασκευασμένο κανάλι εδώ μέσα, μπορούμε και να μειώσουμε την αγωγημότητά του και να την αυξήσουμε. Έτσι μπορούμε να κάνουμε και τα δύο, και συν και πλιν. Ανάλογα με το δυναμικό που θα βάλουμε εδώ. Αυτό το transistor είναι αποκλειστικά πίκνωσης. Τι διαφέρει από το προηγούμενο? Λείπει η κατασκευή του καναλιού. Δεν υπάρχει κατασκευασμένο κανάλι. Αφήνουμε εδώ το υπόστρωμα, αυτό λέγεται υπόστρωμα. Το υπόστρωμα το αφήνουμε κανονικά, δεν κάνουμε τίποτα εδώ. Πώς θα υπάρξει αγωγημότητα? Αναγκαστικά για να υπάρξει αγωγημότητα πρέπει να μαζέψουμε φορείς. Να φέρουμε φορείς από κάτω, αλλιώς δεν υπάρχει αγωγημότητα. Για να φέρουμε φορείς εδώ θέλουμε, είναι τύπου N αυτό το υλικό εδώ. Άρα λοιπόν πρέπει να μαζέψουμε ηλεκτρόνια. Για να μαζέψουμε ηλεκτρόνια εδώ μέσα από το σώμα του υποστρώματος, για να μαζέψουμε αρκετά ηλεκτρόνια εδώ, ώστε να υπάρξει κανάλι αγωγημότητας, τι δυναμικό πρέπει να βάλουμε στην πύλη, θετικό ή αρνητικό? Θετικό. Αποκλειστικά θετικό. Αυτό λοιπόν εδώ, αυτή η δομή, χρειάζεται θετικό δυναμικό υποχρωτικά, με μηδενικό δυναμικό δεν άγιν. Δεν υπάρχει κανάλι εδώ και να βάλετε δυναμικό, διαφορά δυναμικού τάση, δεν υπάρχει αγωγημότητα. Για να αρχίσει να άγει αυτό το εξάρτημα, πρέπει να ανεβάσετε το δυναμικό σταθετικά, κάποια τιμή. 0.2, 0.4, 0.6, μια τιμή που εξαρτάται από την κατασκευή. Ξαρτάται από αυτήν τη δομή αυτού του πυκνοτή. Τι δυναμικό χρειάζεται εδώ για να αρχίσει να άγει. Τις διαστάσεις και όλα αυτά. Ωραία. Αυτό λοιπόν είναι το transistor που έχει επικρατήσει. Αυτό το transistor έχει επικρατήσει γιατί εγκλητώνουμε και τη διαδικασία της κατασκευής αυτής. Άρα λοιπόν σήμερα όταν λέμε MOS transistor εννοούμε τέτοιου τύπου transistor. Το 90% των transistor που κατασκευάζονται είναι τέτοια. Σε όλα τα ηλεκτρονικά που χρησιμοποιούμε. Υπάρχει ένα ποσοστό βεβαίως, το οποίο είναι σε ειδικές κατασκευές, θα δούμε, θα αναφέρουμε κάποια στιγμή στην τεχνολογία, τι είδους άλλες μορφές μπορούμε να έχουμε. Αλλά η πληθώρα είναι τέτοια transistor. Άρα αυτή είναι η δομή που έχει επικρατήσει στην πράξη για την κατασκευή των κυκλομάτων. Και λέγεται transistor πύκνωσης. Το βλέπετε εδώ και σε μια προσπάθεια τρισδιάστατης απεικόνισης. Βλέπετε τις περιοχές. Αυτό είναι το λεγόμενο οξύδιο πύλης ή λεπτό οξύδιο. Και η πύλη, η οποία είπαμε καταρχήν στην αρχική σχεδίαση, έμπνευση του εξαρτήματος, ήταν μέταλλο, αγογός. Σήμερα στην κατασκευή χρησιμοποιείται πολυκρισταλικό πυρίτιο. Πυρίτιο δηλαδή, το οποίο δεν είναι μόνο κρίσταλος, όπως είπαμε για την βασική κατασκευή. Είναι πολυκρισταλικό, είναι πιο φθινό να κατασκευαστεί. Έχει μια υψηλή αντίσταση, αλλά δεν μας ενδιαφέρει γιατί εδώ δεν θέλουμε ρεύμα. Ελέγχεται με τάση. Δεν μας ενδιαφέρει, δεν θέλουμε ρεύμα πύλης. Άρα, θέλουμε ένα αγόγυμο υλικό, κι ας έχει μεγάλη αντίσταση, αρκεί να είναι αγόγυμο. Γι' αυτό και βλέπετε ότι είναι διαφορετικό το χρώμα από αυτό το ηλεκτρόδιο που είναι μέταλλο. Άρα αυτό είναι μέταλλο και συνήθως τα ολοκληρωμένα κυκλώματα όταν συζητάμε για μέταλλο εννοούμε αλουμίνιο. Άρα λοιπόν αυτό είναι αλουμίνιο, αυτό είναι διάχυση και αυτό είναι πολυκρισταλικό πυρίτιο. Ωραία. Αυτή λοιπόν είναι η εικόνα και φυσικά αυτό είναι οξύδιο, το οποίο το βάζουμε γύρω-γύρω για να απομονώσουμε, να κάνουμε περιοχή απομόνωσης ηλεκτρικής με το διπλανό, έτσι. Δηλαδή όταν πάμε να τα κατασκευάσουμε αυτά στο ίδιο πλακίδιο, απ' ανάμεσα πρέπει να ξεχωρίζουν, να μην υπάρχει βραχύκλωμα. Έτσι λοιπόν έχουμε αυτήν την μορφή MOSFET πύκνωσης και μάλιστα διαβλού N. Εάν τυχόν θέλουμε να κάνουμε, αυτή είναι η δομή, η εικόνα που το κάνουμε σαν σχήμα, η πύλη, η πηγή και η υποδοχή ή η εκρροή, το drain στα ελληνικά το μεταφράζουμε σε κάποια βιβλιογραφία είτε σαν εκρροή είτε σαν υποδοχή. Ο έλεγχος πάντοτε γίνεται μεταξύ πύλης και πηγής. Το δυναμικό που βάζουμε για να ελέγξουμε μπαίνει μεταξύ των ακροδεκτών πύλης και πηγής. Βλέπετε την σχηματική απεικόνιση. Το που έχει σημασία είναι ότι όλο το εξάρτημα, η συζήτηση, οι εξισώσεις που θα βγάλουμε αφορούν τους τρεις ακροδέκτες πύλη, εκρροή και πηγή, πύλη, υποδοχή και πηγή. Αλλά υπάρχει και ο τέταρτος ακροδέκτης που ουσιαστικά είναι το υπόστρωμα μέσα στο οποίο είναι κατασκευασμένο το εξάρτημα. Αυτό θα το δούμε τι ρόλο παίζει και μπορούμε μάλλον σε πρώτη φάση να δούμε τι ρόλο παίζει. Εάν βάλετε εδώ, δεν ξέρω αν έχω με κύκλωμα, όχι έχω το αντίστοιχο π. Αν βάλετε εδώ κύκλωμα, θα βάλετε μία τάση μεταξύ αυτών των δύο και θα βάλετε και μία τάση μεταξύ αυτών των δύο. Για να έχετε το ρεύμα μεταξύ πηγής και υποδοχής. Θα βάλετε εδώ ένα θετικό δυναμικό, ας πούμε. Θα βάλετε εδώ ένα μηδενικό δυναμικό. Εδώ πάλι ένα θετικό της τάξης, είπαμε, του μη σουφόλ. Για να αρχίσει να αργεί και μετά θα έχετε εδώ ένα θετικό δυναμικό σε σχέση με αυτό. Όλα αυτά, όλη η περιγραφή που κάνουμε, αναφέρεται μεταξύ των τριών αυτών ακροδεκτών και τι γίνεται στο κανάλι και όλα αυτά, αλλά η ύπαρξη του εξαρτήματος, για να είναι διαφορετικό από το υπόστρωμα το οποίο είναι π-τύπου, π-τύπου, π-τύπου, για να υπάρχει εξάρτημα θα πρέπει αυτές οι επαφές να είναι ανάστροφα απολωμένες. Αν δεν είναι ανάστροφα απολωμένες αυτές οι επαφές, τότε τελείωσε το εξάρτημα, καταστράφηκε, διότι θα περάσει ρεύμα μεγάλο εδώ, το οποίο δεν υπάρχει τρόπος να το ελέγξετε, την τιμή του, και επομένως θα καταστραφεί. Άρα λοιπόν, η ύπαρξη του εξαρτήματος και η όλη θεωρία για να εφαρμοστεί, βασίζεται στο γεγονός ότι αυτή εδώ η επαφή και αυτή εδώ η επαφή πρέπει να είναι ανάστροφα απολωμένες. Υποχρεωτικά. Φροντίζουμε λοιπόν να βάζουμε το υπόστρωμα, εφόσον είναι π-τύπου, να το βάζουμε στο χαμηλότερο δυναμικό που υπάρχει στο κύκλωμά μας, έτσι ώστε να εξασφαλίσουμε ότι οποιοδήποτε άλλο δυναμικό θα είναι ή ίσο ή μεγαλύτερο, και επομένως αυτές οι επαφές θα είναι ανάστροφα απολωμένες. Άρα λοιπόν, στο υπόστρωμα τύπου π, το υπόστρωμα υποχρεωτικά μπαίνει στο χαμηλότερο δυναμικό. Και εάν αυτό εδώ το δυναμικό μεταξύ πηγής και υποστρώματος είναι μηδενικό, τότε έχουμε όλη την ανάλυση που θα πούμε. Εάν τυχόν εδώ υπάρξει ένα αρνητικό δυναμικό, μια αρνητική πόλωση, να έχει τιμή δηλαδή να μην είναι μηδενικό, να μην είναι μηδενική, τότε αλλιώνεται κατά τι, όπως καταλαβαίνετε, η όλη μελέτη. Θα το δούμε πώς το εκφράζουμε αυτό σε συγκεκριμένο σημείο στις εξισώσεις. Άρα, ενώ η λειτουργία του εξαρτήματος περιγράφεται για το πεδίο και για τους ακροδέκτες πύλη, πηγή, εκρροή, η ύπαρξή του βασίζεται στις ιδιότητες της επαφής ΠΕΝ. Και πρέπει να το θυμόμαστε αυτό, έτσι, ώστε στην κατασκευή αυτές οι επαφές να είναι μονίμως, ανάστροφα, πολλωμένες. Αλλιώς δεν θα έχουμε εξάρτημα. Ωραία, αυτή λοιπόν είναι η λειτουργία του MOS transistor. Εάν έχουμε διαβλοπέ, εννοείται ότι το υπόστρωμα πρέπει να είναι τύπου N. Θα πρέπει, ή όλη η μελέτη μας γίνεται πάλι μεταξύ αυτών των ακροδεκτών, βλέπετε εκεί το σκίτσο πώς σχεδιάζεται, η διαφορά συνήθως είναι ένα κυκλάκι εδώ, το οποίο διαφοροποιεί στο ΠΕ, το κανάλι ΠΕ από το κανάλι N. Εννοείται τώρα, με βάση αυτή τη θεωρία που είπαμε για την ύπαρξη του εξαρτήματος, σε τι δυναμικό πρέπει να μπει το υπόστρωμα σε αυτή την περίπτωση. Στο υψηλότερο του κυκλώματος, δηλαδή στην τροφοδοσία. Αν έχουμε ένα κύκλωμα το οποίο έχει μια τροφοδοσία και μια γίωση, το υπόστρωμα τύπου ΠΕ πρέπει να πάει υποχρεωτικά στη γίωση και το υπόστρωμα τύπου N υποχρεωτικά στο υψηλότερο δυναμικό, για να εξασφαλίσουμε την ύπαρξη των εξαρτημάτων. Όλη η θεωρία που λέμε στη συνέχεια, ναι, ισχύει, εφόσον δεν καταστραφεί το εξάρτημα, εφόσον δεν υπάρξει ορθή πόλωση σ' αυτές εδώ τις επαφές. Ωραία. Θα δούμε λοιπόν πώς γίνεται αυτό. Θα πούμε δυο λόγια για την δομή του ΣΜΟΣ, των συμπληρωματικών ΜΟΣ που μας χρειάζεται για να καταλάβουμε πώς μπορούμε να κατασκευάσουμε στο ίδιο υπόστρωμα και ΠΕ και N-τρανσίστορ. Ναι, υπήρχε μια ερώτηση. Αφού έχουμε πει στον πεκόμενο, πώς μπορούμε να βάλουμε στο υπόστρωμα, δηλαδή υψηλό δυναμικό. Όταν κατασκευάζουμε το εξάρτημα, έτσι, κάπου εδώ βάζουμε μία επαφή, μια επαφή μεταλλική ας πούμε, την οποίαν την πάμε στη γείωση ή στο ΒΔΤ. Βάζουμε έξτρα επαφή εδώ που δεν φαίνεται σε αυτό το σχήμα. Για να δούμε λίγο και πάλι χαρακτηριστικές, γιατί με αυτές θα δουλεύουμε συνέχεια, θα πρέπει να συνηθίζουμε να βλέπουμε τις χαρακτηριστικές. Εδώ είπαμε το εξάρτημα αυτό, βλέπετε το Vgs, ας ξεκινήσουμε από το Vgs0. Για Vgs0 βλέπουμε ότι υπάρχει ρεύμα, γιατί είναι αυτό που έχει κανάλι. Το εξάρτημα αυτό έχει κατασκευασμένο κανάλι. Άρα, εάν δεν βάλουμε Vgs, τότε έχουμε κάποιο ρεύμα, το οποίο είναι χαρακτηριστικό του εξαρτήματος, μάλιστα. Είναι οι δύο τιμές που είπαμε, η JDSS και το VP. Υπάρχει μια τιμή VP, η οποία τιμή κλείνει το εξάρτημα τελείως, μηδενίζει την αγωγημότητά του. Έτσι, λοιπόν, αυτή η τιμή είναι εδώ κάτω, και πάλι, όπου έχουμε εντελώς μηδενισμό του ρεύματος. Αυτή η λειτουργία λοιπόν εδώ, λέγεται λειτουργία αρρέωσης. Δηλαδή, από την τιμή που μας δίνει αυτό το κανάλι, να μαζέψουμε φορείς, φυσικά, για να εξαφανίσουμε αυτό το κανάλι, πρέπει να μαζέψουμε θετικούς φορείς. Άρα, λοιπόν, εκεί πάνω τι θα βάλουμε? Αρνητικές τιμές VGS. Για αρνητικές τιμές VGS, λοιπόν, αυτό μας θυμίζει το FET επαφής. Για αρνητικές τιμές VGS, η λειτουργία θυμίζει το FET επαφής. Για θετικές τιμές VGS, έχουμε τη λειτουργία πύκνωσης, δηλαδή επαύξησης της ικανότητας ρεύματος του καναλιού, και βλέπετε συνεχίζει να πηγαίνει προς τα πάνω. Άρα, λοιπόν, αυτό το αντίχο να το κατασκευάσουμε το κανάλι μέσα στο MOSFET, τότε έχουμε και λειτουργία αρέωσης και λειτουργία πύκνωσης. Και τις δύο λειτουργίες, δηλαδή και πάνω και κάτω από την τιμή, τη βασική τιμή ρεύματος JSS. Εάν δεν κατασκευάσουμε καν άλλοι, αυτή η περίπτωση είναι όταν δεν υπάρχει καν άλλοι. Σε αυτή την περίπτωση βλέπετε τη χαρακτηριστική μεταφοράς. Για να ξεκινήσει να Άγι, θέλει μια τιμή δυναμικού. Αυτή η τιμή λέγεται τάση κατωφλίου. Συμβολίζεται χαρακτηριστικά με το β. Αυτή η τάση λοιπόν είναι η χαρακτηριστική τάση των μμος πύκνωσης. Για να αρχίσει να Άγι, θέλει αυτή τη τάση. Αλλιώς 0 το ρεύμα. Δεν υπάρχει καν άλλοι. Εδώ δηλαδή οι χαρακτηριστικές είναι ουσιαστικά ξεκινάνε από την χαρακτηριστική VGS0, που δεν υπάρχει δηλαδή τίποτα, δεν υπάρχει ρεύμα. Και καθώς αυξάνει η τάση, μπορούμε να έχουμε κάποιο μικρό ρεύμα. Εφόσον ξεκινάμε, ξεπεράσουμε την τάση κατωφλίου. Για να ξεπεράσουμε την τάση κατωφλίου, θα αρχίσουμε να έχουμε κάποιο ρεύμα και βλέπετε ενδεικτικά, εννοείται όσο πιο μεγάλη τάση βάλουμε, τόσο περισσότερο ρεύμα θα έχουμε. Φυσικά το πόσο μεγάλο θα είναι αυτό, εξαρτάται από το φυσικό μέγεθος και πάλι του εξαρτήματος. Άρα λοιπόν εδώ έχουμε αποκλειστικά πύκνωσης. Λειτουργία πύκνωσης. Μόνο με την αύξηση των φορέων κάτω από το μονοτικό έχουμε αγωγημότητα. Στην περίπτωση που έχουμε δία βλουπέ, σχεδιάζουμε έτσι το διάγραμμα για να θυμόμαστε ότι σε αυτήν την περίπτωση οι τιμές βεντιές και γιόταντι είναι αρνητικές. Δηλαδή, οι τάσεις που βάζουμε μεταξύ δικαιές είναι αρνητικές. Ενώ στο διαβλοτύπου N, το βΔ είναι υψηλότερο από το β, εδώ είναι χαμηλότερο. Άρα, αν συνδυάσουμε τα δύο διαγράμματα, το ένα διάγραμμα είναι αυτό, το δεύτερο διάγραμμα, όπως είπαμε, θα είναι... Αν προσπαθήσουμε να το κάνουμε αυτό σε ένα ενιαίο διάγραμμα, όπου εδώ θα έχουμε το βεντιές και εδώ θα έχουμε το γιόταντι, τότε αυτές είναι οι χαρακτηριστικές τύπου N και αυτές είναι οι χαρακτηριστικές τύπου P. Να θυμάστε αυτό το σχήμα για να θυμάστε τις πολυκότητες. Σε ποιο τρανζίστορ, ποια πολυκότητα. Αυτό το διάγραμμα μπορούμε να το εμπλουτίσουμε σε περίπτωση τρανζίστορ πίκνωσης. Αν θεωρήσουμε ότι εδώ ζωγραφίζουμε και το Vgs, έχουμε λοιπόν και ένα Vgs εδώ. Αυτό είναι το Vt. Ενώ αντίστοιχα εδώ θα έχουμε ένα τέτοιο. Άρα ουσιαστικά εδώ βλέπουμε τέσσερα διαγράμματα σε ένα. Αυτό το σχήμα θα σας βγάλει από πολλούς μπελάδες να θυμάστε τι λέμε μεγαλύτερο, μικρότερο, θετικό, αρνητικό, σε ποια περίπτωση, ποιο είναι οι συνδυασμοί. Αν θυμάστε αυτό το σχήμα. Άρα λοιπόν αυτά είναι τα πήμος, εκείνα είναι τα ένμος. Θυμόμαστε και τις κατευθύσεις του ρεύματος. Αυτό είναι το Jds. Και αυτό είναι αρνητικό, δηλαδή εδώ το ρεύμα πάει από το s προς το d. Συμβατική φορά του ρεύματος. Αυτό σημαίνει αρνητικό Jt. Και αντίστοιχα το Vds και το Vgs. Αν θυμάστε λοιπόν αυτό το διάγραμμα, μπορείτε να θυμάστε και όλες τις σχετικές τιμές τάσεων. Για να μην μπερδεύεστε. Εδώ έχει ένα παράδειγμα πολύ ωραίο από κάποιο προγραμματάκι. Το οποίο βέβαια τώρα έχουμε πάρει εικόνες. Υπάρχουν προγράμματα έτοιμα στο διαδίκτυο, μπορείτε να βρείτε. Τα οποία σας δείχνουν τις χαρακτηριστικές. Τι γίνεται, σε ποιο σημείο λειτουργείται και πώς είναι το κανάλι. Η μορφή του καναλιού. Δηλαδή βλέπετε εδώ λέει ότι όταν έχουμε Vtaf 1V, το K ο συντελεστής κέρδους είναι 1.100. Εννοεί, θα δούμε συνέχεια ποιο είναι η ερμηνεία του K. Έχουμε Vgs 6V και αυτή τη στιγμή βλέπουμε ένα Vds 3V. 2,99. Βλέπουμε τι μορφής είναι το κανάλι. Για να καταλάβουμε τη διαφορά να προχωρήσουμε, αυξάνουμε στην τιμή, το Vgs είναι 6V, το Vds το αυξάνουμε στην τιμή των 5V. Άρα εδώ ακριβώς το Vds είναι ίσον με Vgs μειών Vtaf. Είναι το σημείο στο οποίο η χαρακτηριστική συγκεκριμένη, στην οποία λειτουργούμε στα Vgs 6V, είναι το σημείο στο οποίο από εκεί πέρα γίνεται οριζόντια η χαρακτηριστική. Το σημείο αυτό λοιπόν είναι το σημείο Vgs μειών Vtaf. Το σημείο όπου το Vds γίνεται ίσον με Vgs μειών Vtaf. Βλέπετε το κανάλι πιάνει μια οριακή τιμή εδώ. Εάν αυξήσετε κι άλλο την τάση Βεντιές, εξακολουθείτε να είστε σε αυτή τη χαρακτηριστική, αλλά το ρεύμα έχει πλέον κορεστεί. Βλέπετε τη μορφή του καναλιού. Αυτό λοιπόν το φαινόμενο θα το δούμε επίσης σε εξισώσεις. Είναι πάρα πολύ ωραίο το πρόγραμμα. Αυτό κάνει αυτή την απεικόνιση. Μπορείτε να το βρείτε και να το δείτε. Κάνει αυτή την απεικόνιση και καταλαβαίνουμε την έννοια του κορεσμού του καναλιού. Ωραία. Αυτό λοιπόν, εδώ η περιοχή τιμών που ξεκινάνε αυτές οι χαρακτηριστικές να γίνονται οριζόντιες, είναι η τιμή για κάθε χαρακτηριστική. Αυτές οι χαρακτηριστικές έχουν διαφορετικό Vgs. Οι παράμετρες εδώ είναι το Vgs. Αυτή εδώ η χαρακτηριστική είναι εκείνη στην οποία το Vds είναι Vgs-β. Αυτή η χαρακτηριστική εδώ και εδώ ομοίως. Άρα λοιπόν, έχουμε λειτουργία, η οποία περιγράφεται για τιμές εδώ, όπου το Vds είναι μικρότερο από το Vgs-β και λειτουργία που περιγράφεται από εδώ και πέρα, όπου το Vds είναι μεγαλύτερο από το Vgs-β. Αλλιώς λειτουργεί άλλη εξίσωση ισχύ στη μια περιοχή, άλλη εξίσωση ισχύ στην άλλη περιοχή. Με αυτόν τον τρόπο, προσθέτοντας αυτή την πληροφορία πάνω στο διάγραμμα, επίσης έχετε μια πλήρη πληροφορία για το πότε είστε στην περιοχή μετά τον κορεσμό και πότε είστε πριν τον κορεσμό. Βάζοντας δηλαδή την χαρακτηριστική εκείνη, όπου δείχνεται το σημείο αυτήν την μπλε, όπου ουσιαστικά ενώνεται τα σημεία, στα οποία η χαρακτηριστική γίνεται οριζόντια, η χαρακτηριστική καμπύλη είναι η καμπύλη όπου το VDS είναι ίσον με VDSμυοβ. Και επομένως θυμάστε ότι για τα NMOS εδώ έχουμε τον κορεσμό, εδώ έχουμε τη γραμμική λειτουργία και ομοίως και εδώ. Και το λέω αυτό είναι πολύ σημαντικό, γιατί πάρα πολλές φορές μπερδεύεστε στην περίπτωση των PMOS. Τι εννοούμε μεγαλύτερο, τι εννοούμε μικρότερο, μικρότερο κατά απόλυτη τιμή, μικρότερο κατά κανονική τιμή, αυτή η εικόνα τα λέει όλα. Εδώ είναι η περιοχή όπου έχουμε μετά τον κορεσμό και εδώ είναι η περιοχή πριν τον κορεσμό. Βλέπετε τι σημαίνουν οι τάσεις, τι τιμές πρέπει να έχουν. Κατανοείτε με μια ματιά τι τιμές πρέπει να έχουν οι τάσεις, γιατί τιμές μιλάμε. Πάνω το σχήμα αυτό βολεύει πάρα πολύ για να μην μπερδευτείτε στο μέλλον απόλυτη τιμή, κανονική τιμή, τι τι. Οι αριθμοί όταν θα έρθουν, όταν θα θέλετε να κάνετε λύση ασκήσεων, να θυμάστε αυτό το σχήμα για να μην μπερδεύετε τις αριθμητικές τιμές. Και το πιο σημαντικό επίσης, χαρακτηριστικό θέμα που μπαίνει στις εξετάσεις, είναι το πώς βγαίνει αυτή η περίφημη εξίσωση της λειτουργίας transistor, την οποία θα δούμε τώρα στη συνέχεια. Θέλουμε να δούμε, να περιγράψουμε, τη σχέση ρεύματος τάσεις που μόλις είδαμε. Αυτή είναι εδώ. Η μελέτη λοιπόν καταρχήν θα γίνει για αυτήν την περιοχή. Αυτό το κομμάτι. Για όλες τις χαρακτηριστικές βέβαια. Πάμε λοιπόν να δούμε όταν το κανάλι έχει ακόμη αυτή τη μορφή. Πριν φτάσουμε στον κορεσμό. Έχουμε το κανάλι, έχουμε την πηγή και την εκκροή, όπως το είδατε στο σχήμα. Θεωρούμε εδώ το οξύδιο. Και θέλουμε να δούμε το στοιχειώδες φορτίο που υπάρχει. Παρακαλώ, μη μιλάτε μεταξύ σας, παιδιά. Να δούμε το στοιχειώδες φορτίο πώς κινείται και τι έκφραση θα πάρουμε για το ρεύμα. Έχουμε λοιπόν ένα στοιχειώδες φορτίο, το οποίο προκύπτει από τον στοιχειώδη πυκνοτή. Το W σαν σύμβολο είναι το εύρος του τρανζίστορ. Το L είναι το μήκος του τρανζίστορ. Κατασκευή, η απόσταση αυτών των δύο συμβολίζεται με το L. Αυτό είναι το μέγεθος, το εύρος συμβολίζεται με το W. Έχουμε λοιπόν, για να δούμε το στοιχειώδες φορτίο, παίρνουμε μία στοιχειώδη περιοχή δx και λέμε ότι το φορτίο, εδώ, μάλλον καταρχήν υπάρχει ο πυκνοτής. Ο πυκνοτής αυτός έχει χαρακτηριστική τιμή σε οξυδίου, η οποία είναι τιμή αναμονάδα επιφανίας. Χαρακτηριστική χωρητικότητα αναμονάδα επιφανίας. Άρα λοιπόν, η χωρητικότητα που έχουμε εδώ είναι σε οξυδίου επί το εύρος, την επιφάνεια. Αν πούμε ότι έχουμε στοιχειώδες μήκος δx, η επιφάνεια αυτή είναι Wπδx. Επί την χωρητικότητα σε οξυδίου που δίνεται, επαναλαμβάνω, αναμονάδα επιφανίας, έχουμε μία τέτοια χωρητικότητα συνολική σε αυτήν την περιοχή δx. Άρα λοιπόν, εδώ θα έχουμε επαγόμενο ένα φορτίο δQ. Θα δημιουργηθεί εδώ μέσα ένα φορτίο δQ. Μέσ' το ότι έχουμε ένα ηλεκτρικό πεδίο το οποίο είναι μίον τεβέ προς δx, το τεβέ είναι η τάση, η στοιχειώδης τάση που υπάρχει εδώ, στο σημείο αυτό. Η τάση βλέπετε εδώ στο σημείο, εδώ είναι 0 η τάση, εδώ είναι Wds, αυτό που βάζουμε. Στο τυχαίο σημείο χ είναι Βx και αυτό είναι η μεταβολή. Για το Δx, η στοιχειώδης μεταβολή της τάσης. Και υπάρχει εδώ η στοιχειώδης μεταβολή της τάσης προς την απόσταση μας δίνει το πεδίο που υπάρχει εδώ. Εδώ υπάρχει μια επεξήγηση πώς ορίζεται αυτή η στοιχειώδης χορητικότητα αναμονάδα επιφανίας. Και είναι η ηλεκτρική σταθερά του οξυδίου προς το πάχος του οξυδίου. Προσέξτε ότι αυτό εδώ θα μπει μέσα στον τύπο της λειτουργίας του εξαρτήματος. Πρακτικά λοιπόν μας λέει ότι το πάχος του οξυδίου, αυτό το πάχος του οξυδίου εδώ, είναι κρίσιμη παράμετρος για τη λειτουργία του εξαρτήματος. Γιατί πρέπει να είναι ομοιόμορφο, έτσι πρέπει να είναι σε όλο το μέγεθος του τρανζίστος, όλο το εύρος του τρανζίστος πρέπει να είναι σταθερό, γιατί μπαίνει μέσα στις εξισώσεις με τις οποίες λογαριάζουμε το ρέφμα του τρανζίστος. Και βεβαίως η τιμή δίνεται ανάλογα με την επιφάνεια και επομένως αυτή είναι μια σταθερή ποσότητα. Άρα λοιπόν αυτή η χωρητικότητα καθορίζεται αποκλειστικά από το πάχος του οξυδίου. Το στοιχειώδες φορτίο λοιπόν, αφού κάναμε αυτή την ανάλυση, το στοιχειώδες φορτίο λοιπόν είναι το DQ. Έχουμε λοιπόν εδώ το στοιχειώδες φορτίο, το οποίο στοιχειώδες φορτίο, το DQ, προκύπτει από την χωρητικότητα επί την τάση που υπάρχει σε εκείνη, μάλλον την διαφορά που δημιουργείται την ενεργό τάση, το Vgs-Vx-Vt, η τάση στο σημείο χ, η διαφορά που υπάρχει, το δυναμικό, είναι Vgs, αυτό είναι το G, η πύλη. Η διαφορά λοιπόν είναι το δυναμικό που υπάρχει είναι V στο σημείο αυτό, το οποίο είναι Vgs-Vx, Vx είναι το δυναμικό σε αυτό το σημείο είπαμε, εδώ, Vgs-Vx-Vt. Αυτή είναι η ενεργός τάση που θα δημιουργήσει το φορτίο DQ. Άρα λοιπόν αυτό το δυναμικό επί τη συνολική χωρητικότητα θα μας δώσει το στοιχειώδες φορτίων DQ. Αυτή είναι η βασική πρώτη σχέση. Στη συνέχεια η μεταβολή, η ταχύτητα που θα κινηθεί το φορτίο, εξαρτάται είπαμε από την παράμετρο αυτή που λέγεται ευκαινησία. Το μη μικρό, είπαμε, είναι η ευκαινησία, την αναφέραμε. Η ευκαινησία των φορέων επί την ένταση του πεδίου. Η ένταση του πεδίου είναι η διαφορά δυναμικού το Dx-Dx. Η τάση δηλαδή προς την απόσταση. Επομένως το ρεύμα ολίσθησης, το ρεύμα που προκύπτει από το στοιχειώδες φορτίο, είναι το DQ προς Dt. Είναι δηλαδή το ρεύμα μετακίνηση του φορτίου προς το χρόνο. Και αυτό γράφεται βεβαίως μετακίνηση του φορτίου σε απόσταση προς την μεταβολή της απόστασης. Και στη συνέχεια βέβαια το ρεύμα που θα πάρουμε από αυτό το φορτίο θα είναι το DQ επί Dvx-Dx. Αυτό το ρεύμα είναι ουσιαστικά το, έχουμε ένα μίον γιατί έχουμε τα κίνηση ηλεκτρονίων, αλλά ουσιαστικά το ρεύμα που λέμε το ρεύμα εκκροής ή υποδοχής είναι το αντίθετο από αυτό το ρεύμα. Μην ξεχνάτε ότι αν πούμε ότι τα ηλεκτρόνια πάνε κινούνται έτσι τότε η συμβατική φορά του ρεύματος είναι ανάποδη. Το έχετε δει αυτό στα κυκλώματα. Άρα το Ι αντί είναι μίον Ι και ουσιαστικά δίνεται από αυτήν εδώ τη σχέση. Όπως το είπαμε δηλαδή απλή αντικατάσταση κάναμε από τι βλέπουμε παραπάνω. Και στη συνέχεια απλώς παίρνουμε τον τέχι από εδώ. Και έχουμε πλέον μια διαφορική εξίσωση και την ολοκληρώνουμε αυτήν σαν μήκος από 0 μέχρι L και σαν τάση από 0 μέχρι ΒΕΝΤΙΕΣ. Η τάση λοιπόν θα παίρνει τιμές από 0 μέχρι ΒΕΝΤΙΕΣ ενώ φυσικά το μήκος είναι από 0 μέχρι L. Κάνουμε τα δύο ολοκληρώματα και βγάζουμε την κλασική σχέση για το ρεύμα στην τριωδική περιοχή. Εδώ λίγο τώρα με τις ονοματολογίες θα προσέξετε, αυτή η περιοχή εδώ λέγεται πριν τον κορεσμό, λέγεται ομική περιοχή γιατί μοιάζει να λειτουργεί περίπου σαν ομική αντίσταση εδώ, περίπου. Ή λέγεται τριωδική περιοχή. Και τα τρία αυτά ονόματα υπάρχουν στη βιβλιογραφία και αναφέρονται σε αυτή την περιοχή. Επομένως βγάζουμε την βασική σχέση την οποία θα πρέπει να γνωρίζετε και πώς παράγεται και σαν σχέση. Είναι, βλέπετε, συνάρτηση του λόγου Wprocel, δηλαδή το πόσο μεγάλο είναι το τρανζίστορ σε σχέση με το μήκος του. Και βεβαίως αυτό που παρατηρούμε είναι ότι είναι συνάρτηση του VGS και του VDS. Είναι φανερό, έτσι, δηλαδή σε αυτή την περιοχή εδώ το ρεύμα εξαρτάται και από το VGS αλλά και από το VDS. Εντάξει, είναι συνάρτηση και του VGS και του VDS. Αυτή η σχέση, λοιπόν, ισχύει μέχρι αυτές τις χαρακτηριστικές εδώ καμπύλες, όπου από εδώ και πέρα υποτίθεται ότι γίνεται οριζόντια. Έχουμε, λοιπόν, από αυτό το σημείο και μετά, τι συμβαίνει. Από το σημείο όπου το VDS είναι ίσον με VGS-VΤ, από αυτό το σημείο και μετά το ρεύμα είναι σταθερό. Πόσο είναι αυτό το ρεύμα? Δεν έχουμε παρά αντικαταστήσουμε στην θέση του VDS το VGS-VΤ. Αν εδώ, στη θέση του VDS, αντικαταστήσουμε VGS-VΤ, τι θα συμβεί? Θα πάρουμε αυτή την εξίσωση. Το ίδιο είναι από την προηγούμενη προκύπτια. Αυτή η εξίσωση, λοιπόν, για να την θυμόμαστε, την μαζεύουμε λιγάκι. Αυτό εδώ, μάλλον αυτόν τον συντελεστή, τον βάζουμε K το νούμενο. Και αυτό όλον τον συντελεστή, K το νούμενο επί Wprocel, το βάζουμε K. Λοιπόν, αυτή η εξίσωση, τελικά, γράφεται ότι το Yd είναι 1 δεύτερον επί K, VGS-VΤ. Και αυτά τα συμπυκνώνουμε, ορίζουμε την τάση υπεροδήγησης. Πόσο παραπάνω από το VΤ, δηλαδή, είναι η VGS, αυτό μας λέει, με αυτή την έννοια, είναι η υπεροδήγηση. VΤ είναι η ελάχιστη τάση για να αρχίσει να Άγι. Πόσο παραπάνω VGS βάλαμε, είναι η τάση υπεροδήγησης. Άρα, λοιπόν, αυτή η σχέση γράφεται έτσι. Άρα, λοιπόν, επαναλαμβάνω, ξεκινώντας από τη σχέση την οποία βγάλαμε για τη γραμμική περιοχή. Και κάνοντας αυτές τις τροποποίησεις τους τύπους, στην έκφραση, καταλήγουμε ότι, στην περιοχή, μετά τον κορεσμό εδώ, το ρεύμα ΙΤ είναι συνάρτηση τετραγώνου. Είναι τετραγωνική η σχέση μεταξύ της τάσης εισόδου και του ρεύματος εξόδου. Αυτό, λοιπόν, είναι το γενικό συμπέρασμα για τη χαρακτηριστική ρεύματος τάσης. Αυτή είναι μια διαδικασία την οποία θα ήθελα να την ξέρετε, γιατί είπαμε ότι ζητάμε αρκετές φορές την διαδικασία των εξετάσεων. Και θα ήθελα να θυμάστε και τους ορισμούς του κ, του κ, του ν και λοιπά, αν και αυτό συνήθως το δίνουμε. Υπάρχει για τις εξετάσεις, δεν ξέρω αν το ανέφερα, υπάρχει έναν τυπολόγιο. Να αντεβάστε το τυπολόγιο, να το έχετε, ανά πάσα στιγμή να ξέρετε καθώς προχωράν τα μαθήματα, να ξέρετε τι ακριβώς θα έχετε από τους τύπους που αναφέρουμε, τι θα έχετε σαν βοήθη μας στις εξετάσεις. Άρα, λοιπόν, τα περισσότερα από αυτά υπάρχουν οι τύποι και επομένως είναι εύκολο να θυμάστε τα ενδιάμεσα. Υπάρχει ένα μικρό θέμα όσον αφορά τις οριζόντιες χαρακτηριστικές. Δεν είναι ακριβώς οριζόντιες. Δηλαδή, οι χαρακτηριστικές δεν μένουν οριζόντιες γιατί συμβαίνει ο κορεσμός, όπως είδατε, και επομένως το ενεργό μήκος του καναλιού τελικά μειώνεται. Γενικά, εάν αυξήσουμε πολύ την τάση ΒΕΝΤΙΕΣ, την ξεπεράσουμε μια τάση, η οποία είναι χαρακτηριστική για το εξάρτημα που λέγεται ΒΕΝΤΙΕΣ-Κορεσμού, τότε συμβαίνει το φαινόμενο διαμόρφωσης μήκους καναλιού. Στο κανάλι, δηλαδή, το ενεργό είναι lμΔl. Εδώ απλώς θα πάρουμε μία προσεγγιστική έκφραση για το πώς μπορούμε να λάβουμε υπόψη μας αυτό το φαινόμενο. Δηλαδή, βλέπετε ότι στη σχέση εκεί επάνω γράφουμε lμΔl εδώ. Κάνουμε την προσέγγιση ότι αυτή η σχέση προσεγγίζεται με αυτή την έκφραση όταν το ΔΕΛΤΑΛ είναι πολύ μικρότερο από το l και τελικά μπορούμε να προσεγγίσουμε τη σχέση με αυτή τη μορφή. Εάν θεωρήσουμε ότι το ΔΕΛΤΑΛ, το πόσο θα μειωθεί εδώ το κανάλι, είναι συνάρτηση του VDS με μία παράμετρο λαμδαθονούμενο που λέγεται παράμετρος διαμόρφωσης μήκους καναλιού, μας τη δίνει ο κατασκευαστής, τότε γράφουμε τη σχέση του ρεύματος με έναν επιπλέον συντελεστή, ο οποίος είναι το ένας η λαμδα VDS και μπορούμε να λάβουμε υπόψη μας στο φαινόμενο αυτό. Δηλαδή, τι μας λέει εδώ τελικά, ότι το Y-D δεν είναι αποκλειστικά συνάρτηση του VDS, αλλά επιδρά και το VDS, δηλαδή υπάρχει κλήση και έχει διαπιστωθεί ότι αν αυτές εδώ οι χαρακτηριστικές επεκταθούν προς τα αρνητικά, αυτές συγκλίνουν σε μια τιμή. Αυτή η τιμή του δυναμικού, κάποιο αρνητικό δυναμικό μπορεί να είναι 20, 30, 50, 60 V, αυτή η τιμή του δυναμικού ονομάζεται τάση Έρλι από αυτόν ο οποίος το παρατήρησε και εξήγησε αυτή τη συσχέτιση και απλά ο συντελεστής αυτός λάμδα είναι το αντίστροφο της τάσης Έρλι. Μας βολεύει λοιπόν πάρα πολύ αυτή η εξήγηση η γραφική εδώ για να προσδιορίσουμε αυτόν το συντελεστή λάμδα, γιατί αυτό είναι μια παράμετρος που μας δίνεται τυπικά για το transistor. Άρα, εάν σας δοθεί η τάση Έρλι, όταν σας δίνεται η τάση Έρλι μπορείτε πρώτον να υπολογίσετε την επίδραση αυτού του φαινομένου, της διαμόρφωσης μήκους καναλιού και ουσιαστικά να υπολογίσετε και την αντίσταση εξόδου. Θα το δούμε αυτό ξανά. Αυτή είναι αντίσταση. Η κλήση αυτή είναι αντίσταση. Είναι η αντίσταση εξόδου. Αν ήταν έτσι, θα ήταν άπειρη η αντίσταση. Αλλά τώρα έχει μια συγκεκριμένη τιμή, Άρμη 0, και από αυτή την τάση Έρλι βρίσκουμε και την αντίσταση εξόδου. Εδώ λοιπόν θεωρούμε ότι είναι ιδανική περίπτωση, για να μπορέσουμε να βγάλουμε τα συμπεράσματά μας. Να σας πω ότι το τρανζίστορ το ΜΟΣ μελετάται εδώ και 40 χρόνια και εξακολουθούν να το μελετούν, γιατί τα φαινόμενα που εμφανίζονται όταν συζητάμε για τρανζίστορ που είναι 14 και 8 νανόμετρα αυτό εδώ το κανάλι, προφανώς δεν καλύπτονται από αυτά τα απλά πράγματα που λέμε εδώ. Είναι πολύ πιο πολύπλοκα τα φαινόμενα, αλλά βέβαια δεν αφορά την πρώτη αυτή εισαγωγική παρουσίαση του ΜΟΣ τρανζίστορ. Δηλαδή εξακολουθεί να είναι θέμα η μοντελοποίηση του ΜΟΣ τρανζίστορ όταν αυτό το κανάλι γίνει πάρα πολύ μικρό. Υπάρχει πληθώρα φαινομένων. Εμείς θα αναφέρουμε δύο, όλα κι όλα. Ένα είναι αυτό και ένα θα πούμε στην επόμενη φορά για το υπόστρωμα. |
