Ημερολόγιο Εκδηλώσεων

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

ΠΙΝΙΑΡΑ ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ

με θέμα

Συμπαγής Μοντελοποίηση και Προσδιορισμός Παραμέτρων Διατάξεων Junction FETs με Εξάρτηση από την Θερμοκρασία

Compact Modeling and Parameter Determination for Junction FETs with Temperature Dependence

Εξεταστική Επιτροπή

Καθηγητής Ματτίας Μπούχερ (επιβλέπων)
Καθηγητής Ευτύχιος Κουτρούλης
Δρ. Νικόλαος Φασαράκης

Περίληψη

Στο διαρκώς εξελισσόμενο τοπίο της τεχνολογίας ημιαγωγών, το τρανζίστορ πεδίου επίδρασης  τύπου n-JFET παίζει σημαντικό ρόλο σε μια ποικιλία εφαρμογών. Η παρούσα εργασία παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη διερεύνηση ενός n-JFET, εστιάζοντας ειδικά στο μοντέλο SK30A, με έντονη έμφαση στις συμπεριφορές του που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία. 

Ο ακρογωνιαίος λίθος αυτής της μελέτης έγκειται σε έναν σχολαστικό χαρακτηρισμό του SK30A n-JFET υπό ποικίλες συνθήκες θερμοκρασίας, που εκτείνονται από τους 25 βαθμούς έως τους 114 βαθμούς Κελσίου. Η προσέγγιση αυτή επέτρεψε τη σε βάθος διερεύνηση των επιδράσεων που προκαλούνται από τη θερμοκρασία στις επιδόσεις του JFET και στις κρίσιμες λειτουργικές παραμέτρους. Συγκεκριμένα, αναλύσαμε τον τρόπο με τον οποίο η τάση κατωφλίου, το ρεύμα αποστράγγισης και η διαγωγιμότητα επηρεάζονται από τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, οδηγώντας σε μια πλούσια κατανόηση των αλληλένδετων σχέσεών τους.

Επιπλέον, η μελέτη αυτή πραγματοποίησε μια εξέταση των περιοχών λειτουργίας του JFET, συγκεκριμένα των περιοχών γραμμικής λειτουργίας και κορεσμού, οι οποίες είναι καθοριστικές για τον σχεδιασμό και τη λειτουργία των αναλογικών κυκλωμάτων. Επιπλέον, επιθεωρήθηκαν οι περιοχές υπο-κατωφλίου και κατωφλίου, παρέχοντας εικόνα της μετάβασης του JFET από την κατάσταση απενεργοποίησης στην κατάσταση ενεργοποίησης, μια πτυχή που διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο σε εφαρμογές χαμηλής ισχύος.

Μέσω αυτής της ολοκληρωμένης ανάλυσης, η διπλωματική υπογραμμίζει τη βαθιά επίδραση της θερμοκρασίας στην απόδοση του JFET, αναδεικνύοντας έτσι τη σημασία της συνεκτίμησης των θερμοκρασιακών μεταβολών κατά το σχεδιασμό και την εφαρμογή τέτοιων διατάξεων. Τα ευρήματα αυτά προάγουν την ολιστική κατανόηση της ευαίσθητης στη θερμοκρασία συμπεριφοράς των n-JFET και θέτουν τις βάσεις για μελλοντική έρευνα και πρακτικές εφαρμογές στον τομέα της ηλεκτρονικής.

Τελικά, στην εργασία αυτή δείχνουμε τον τρόπο με τον οποίο η αλληλεπίδραση της θερμοκρασίας και των βασικών λειτουργικών παραμέτρων διαμορφώνει την απόδοση ενός n-JFET, ανοίγοντας νέους δρόμους για τη βελτίωση της αποδοτικότητας και της αξιοπιστίας της διάταξης σε ένα ευρύ φάσμα ηλεκτρονικών συστημάτων.

Abstract 

In the ever-evolving landscape of semiconductor technology, the n-type Junction Field Effect Transistor (JFET) plays a significant role in a variety of applications. This thesis presents a comprehensive investigation of an n-JFET, specifically focusing on the SK30A model, with a keen emphasis on its temperature-dependent behaviors. 

The cornerstone of this study lies in a meticulous characterization of the SK30A n-JFET under diverse temperature conditions, spanning from 25 degrees to 114 degrees Celsius. This approach enabled an in-depth exploration of the temperature-induced effects on the JFET's performance and crucial operational parameters. Specifically, we analyzed how the threshold voltage, drain current, and transconductance are influenced by the fluctuations in temperature, leading to a rich understanding of their intertwined relationships.

In addition, this study conducted an  examination of the operational regions of the JFET, specifically the linear and saturation regions, which are pivotal to the design and operation of analog circuits. Furthermore, the sub-threshold and threshold regions were inspected, providing insight into the JFET's transition from the off-state to the on-state, an aspect that plays a critical role in low power applications.

Through this comprehensive analysis, the thesis underscores the profound impact of temperature on the JFET's performance, thereby highlighting the significance of considering temperature variations in the design and application of such devices. These findings foster a holistic understanding of the temperature-sensitive behaviors of n-JFETs, and lay the groundwork for future research and practical applications in the field of electronics.

Ultimately, this thesis illuminates how the interplay of temperature and core operational parameters shapes the performance of an n-JFET, opening up new avenues for refining device efficiency and reliability in a broad range of electronic systems..