Post on 14-Jan-2016
description
MOSFET:estrutura,operação e
características
Transistores de Efeito de Campo
FET’s
Generalidades:
A intensidade da corrente através de dois terminais (dreno e fonte) é controlada pelo potencial aplicado a um terceiro (porta)
O controle é efetuado através de um campo elétrico:
de junção JFET
de um capacitorMOSFET
Simbologia e terminais do MOSFET
MOSFET DE
ENRIQUECIMEN
TO
MOSFET DE
DEPLEÇÃO
TERMINAIS
G
D
S
B
G
D
S
B
G
D
S
B
G: porta (gate)
S: fonte (source)
D: dreno (drain)
B: substrato (bulk)
canal N
canal P canal P
canal N
G
D
S
B
polissilício de portaóxido SiO2
substrato
Estrutura
do MOSFET
canal N
p+n+n+
p-
+ VSB -
+ VGB -
+ VDB -
SG
D
B
L
W
difusão de fonteou drenocanal de inversãoc
ap
acit
or
polissilício de portaóxido SiO2
substrato
Estrutura
do MOSFET
canal P
n+p+p+
n-
+ VSB -
+ VGB -
+ VDB -
SG
D
B
L
W
difusão de fonteou drenocanal de inversãoc
ap
acit
or
p+n+n+
p-
+ VSB -+ VGB - + VDB
-
SG
D
B
L
W
B: terminal de referência
Preferencialmente:
VB = VSS canal N
VB = VDD canal P
Para polarizar reversamente as junções:
VDB , VSB > 0 canal N
VDB , VSD < 0 canal P
Formação do canal de inversão
VGB > 0 e VSB = VDB = 0
As lacunas do substrato são repelidas na região abaixo do óxido
-cargadescoberta
n+ p+
p-
-- - -- - - - -
- - ---
- - - --- n+
-
-VGB +
VSS
Regime de Depleção
+ + + + +
Formação do canal de inversão
Aumentando VGB
Elétrons são atraídos para a superfície abaixo do óxido
Regime de Inversão
n+ p+
p-
-- - -- - - - -
- - ---
- - - --- n+
-
-VGB +
VSS
-cargadescoberta
canal deinversão
Formação do canal de inversão
Aumentando VGB mais ainda
Densidade de elétrons no canal de inversão aumenta
Maior nível de inversão
n+ p+
p-
-- - -- - - - -
- - ---
- - - --- n+
-
-VGB +
VSS
-cargadescoberta
canal deinversão
No regime de inversão, com VSB = 0:
VGB < VT0 inversão fraca
VGB > VT0 inversão moderada a forte
VT0 = tensão de limiar no equilíbrio (VSB = 0)
De um modo geral:
VGB < VT0 + nVSB inversão fraca
VGB > VT0 + nVSB inversão moderada a forte
n = fator de rampa (entre 1 e 2)
Operação com VDS > 0
Canal de perfil uniforme
MOSFET no regime de inversão forte, VDS baixo
-VGB +
+ VDS
-
DS
B
G
VDB > VSBn+ p+
p-
-- - -- - - - -
- - ---
- - - --- n+
-
VSS
ID
MOSFET no regime de inversão forte, VDS baixo
Características de saída
VDS
ID
VGB3
VGB2
VGB1
VGB3 > VGB2 > VGB1
Região linear: resistência variável com tensão (VVR)
Operação com VDS > 0MOSFET no regime de inversão forte, VDS maior
-VGB +
- + VDS
DS
B
G
VDB > VSBn+ p+
p-
-- - -- - - - --
- - ---
- - - --- n+
- - - --
A ddp entre dreno e fonte influencia a distribuição de cargas
MOSFET no regime de inversão forte
Características de saída
VGB3 > VGB2 > VGB1
Comportamento não linear
VDS
IDVGB3
VGB2
VGB1
Operação com VDS > 0MOSFET no regime de inversão forte, VDB > VP
VP = tensão de “pinch-
off”
VSS
-VGB +
- + VDS
n+ p+
p-
-- - -- - - - --
- - ---
- - - --- n+
- - - --
Uma parte do canal fica fracamente invertida
nVV
V 0TGBP
n: entre 1 e 2
Operação com VDS > 0MOSFET no regime de inversão forte, VDS > VP
VP = tensão de “pinch-
off”
VSS
-VGB +
- + VDS
n+ p+
p-
-- - -- - - - --
- - ---
- - - --- n+
- - - --
Uma parte do canal fica fracamente invertida
nVV
V 0TGBP
n: entre 1 e 2
Região estrangulada: baixa concentração de elétrons
elevado campo elétrico
VCB = VDB >VP
-
--- - - --
-
--
-- ---
--
VCB = VP
+
- - - -
+ + + +EE
TQ
ID
MOSFET no regime de inversão forte
Características de saída
VGB3 > VGB2 > VGB1
A corrente satura para VDB > VP
VDS
IDVGB3
VGB2
VGB1
VDB = VP
VGB3 > VGB2 > VGB1
Características de saída
VDS
IDVGB3
VGB2
VGB1
VDB = VP
região triodo
região desaturação
MOSFET no regime de inversão fraca
Características de saída
VGB3 > VGB2 > VGB1
VDS
IDVGB3
VGB2
VGB1
4T
A saturação independe de VGB
Regimes de Operação: MOSFET canal N
Inversão fraca: VSB > VP = (VGB – VT0) /n
Região triodo: VDS < 4T ≈ 100 mV
Região desaturação: VDS > 4T
Inversão forte: VSB < VP = (VGB – VT0) /n
Região triodo: VDB < VP = (VGB – VT0) /n
Região desaturação: VDB > VP = (VGB –
VT0) /n
Regimes de Operação: MOSFET canal P
Inversão fraca: VSB < VP = (VGB – VT0) /n
Região triodo: VSD < 4T ≈ 100 mV
Região desaturação: VSD > 4T
Inversão forte: VSB > VP = (VGB – VT0) /n
Região triodo: VDB > VP = (VGB – VT0) /n
Região desaturação: VDB < VP = (VGB –
VT0) /n
Inversão forte: (VSB < VP)
Região triodo:
(VDB < VP) 2
DBP2
SBPoxD VVVV2n
LW
CI
Equações da Corrente de Dreno
= mobilidade efetiva
C’ox = Cox/(W.L) = capacitância do óxido por unidade de área
p+n+n+
p-
SG
D
B
L
W
Inversão forte: (VSB < VP)
Região triodo (VDB < VP):
2VVVVnLW
CI 2DSDSSBPoxD
Equações da Corrente de Dreno
Para VDS → 0: DSSBPoxD VVVnLW
CI
SBPox
1
DS
Dds
VVnLW
C
1VI
r
região de resistência variável com tensão
Inversão forte: (VSB < VP)
Região de saturação (VDB > VP):
2SBPoxD VV2n
LW
CI
Equações da Corrente de Dreno
2
SB0TGB
oxD Vn
VV2n
LW
CI
Inversão fraca: (VSB > VP)
Região de saturação (VDB > VP):
tDBPtSBP VVVV0DD eeII
Região triodo (VDB < VP):
tDStSBP VVV0DD e1eII
tSBP VV0DD eII
Equações da Corrente de Dreno
Efeito de Corpo
VSB1VSB2
VSB3
VT0
ID
VGB
VSB = 0
VT0 + nVSB1
O limiar de condução depende da tensão VSB
(curvas de transferência em saturação)
Efeito Early
Modulação do comprimento do canal - CLM
n+
p-
-- - -- - - - --
- - ---
- - - --- n+
- - - --
VGBVSB VDB
Leq L
Leq: comprimento equivalente do canalL: comprimento da região estrangulada
(aumenta ligeiramente com o aumento de VDB)
VDB > VP
VDS
ID
VGB3
VGB2
VGB1
- VA
VA = tensão de Early ADSeq VV1
LL
A
DS2SBPox
2SBP
eqoxD V
V1VV
2n
LW
CVV2n
LW
CI