MOSFET-laitteiden kapasitanssin ymmärtäminen on olennaista suurnopeuskytkintä vaativien piirien suunnittelussa. Tarkkojen laskelmien avulla voidaan optimoida suorituskykyä ja vähentää tehon menetystä. Tässä artikkelissa on yleiskatsaus MOSFET-kapasitanssiin liittyvistä keskeisistä käsitteistä ja laskentamenetelmistä.

MOSFET-kapasitanssityypit

MOSFET-laitteissa on kolme pääkapasitanssia: portista lähteeseen (C) ggs[), portista drainiin (C]gd[[]]) ja dread-to-source (C[ds[]]). Nämä kapasitanssit vaikuttavat kytkentänopeuteen ja virrankulutukseen. C[gs[[] ja C[] ovat dynaamisia, muuttuvat jännitteellä, kun taas Cds[[[]]].

Lasketaan porttikapasitanssia

Portti-lähde kapasitanssi (Cgs) voidaan arvioida käyttämällä porttioksidikapasitanssia yksikköpinta-alaa kohti (Cox) ja porttialuetta (A) käyttäen:

]C[gs ... C.............................................................................................................................................................................................................................

Jos Cox lasketaan seuraavasti:

]C[x = ε[x / tx[]

Vaikutus kytkentänopeuteen

Kapasitanssi vaikuttaa MOSFET-laitteiden kytkentäaikaan. Aikavakio (τ) on annettu:

]τ = R × C

jossa R on virtapiirin vastus. Alempi kapasitanssi johtaa nopeampaan kytkentään, joka on ratkaisevan tärkeää suurnopeussovelluksissa.

Käytännön laskenta Esimerkki

Kun otetaan huomioon MOSFET-järjestelmä, jonka porttioksidin paksuus on 2 nm ja oksididielektrinen vakio (ε[]ox]) on 3,9 × 8.85 × 10-12[ F/m] ja porttipinta-ala 10 μm × 10 μm, porttikapasitanssi lasketaan seuraavasti:

Cox[ = (3.9 × 8.85 × 10[-12] / (2 × 10-9[]) = 1,72 × 10[[-3[] F/m2[]]]

A = 10 μm × 10 μm = 1 × 10[-10 m2

Cgs[ ... ... 1.72 × 10[-3 × 1 × 10-10 = 1.72 × 10[-13[ F