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PSI22231 PSI 2223 – Introdução à Eletrônica Programação para a Terceira Prova.

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1 PSI22231 PSI 2223 – Introdução à Eletrônica Programação para a Terceira Prova

2 PSI ª Aula: Detalhes no funcionamento do MOSFET canal n Características do MOSFET canal p Ao final desta aula você deverá estar apto a: -Empregar em circuitos as equações do MOSFET -Distinguir o MOSFET canal n do MOSFET canal p -Explicar efeitos de segunda ordem presentes nas leis do MOSFET - Analisar circuitos de polarização com transistores FET - Projetar circuitos para MOSFETS

3 PSI22233 Equações de I D =f(V GS, V DS ) de 1 a Ordem Região Triodo: 0< V DS V GS -V t Região de Saturação: 0< V GS -V t V DS onde (Parâmetro de Transcondu- tância do processo [A/V 2 ]) NMOSFET Região de Corte: V GS V t ou V GS -V t 0 I D =0 Linear ( se V DS << V GS -V t ) Parabólica

4 PSI22234 Características de Corrente-Tensão do NMOSFET Tipo Enriquecimento

5 PSI22235 Região triodo 100mV < V DS V GS V t kn´kn´

6 PSI22236 Região de Saturação V DS > V GS V t Limiar entre triodo e saturação: v DS = v GS - V t

7 PSI22237 Região de Saturação V DS > V GS V t Limiar entre triodo e saturação: v DS = v GS - V t NMOS na saturação NMOS V DS fixo!

8 PSI22238 A Resistência de Saída Finita na Saturação (modulação do comprimento de canal) com

9 PSI22239 Modelo de circuito equivalente para grandes sinais de um NMOSFET operando em saturação incorporando r 0 I D real = I D (1+ V DS ) = I D + I D adicional IDID I Dadicional = I D V DS 1/r o

10 PSI Modelo de circuito equivalente para grandes sinais de um NMOSFET operando em saturação incorporando r 0

11 PSI Equações de I D =f(V GS, V DS ) de 1 a Ordem Região Triodo: 0< V DS V GS -V t Região de Saturação: 0< V GS -V t V DS onde (Parâmetro de Transcondu- tância do processo [A/V 2 ]) NMOSFET Região de Corte: V GS V t ou V GS -V t 0 I D =0 Linear ( se V DS << V GS -V t ) Parabólica

12 PSI Transistor MOSFET - Canal P (PMOS) P+ N Porta(G) Dreno(D) Fonte(S) Substrato (B)

13 PSI Transistor PMOSFET

14 PSI Equações de I D =f(V GS, V DS ) de 1 a Ordem Região Triodo: 0< V DS V GS -V t Região de Saturação: 0< V GS -V t V DS onde (Parâmetro de Transcondu- tância do processo [A/V 2 ]) NMOSFET Região de Corte: V GS V t ou V GS -V t 0 I D =0 Linear ( se V DS << V GS -V t ) Parabólica

15 PSI Características de Corrente-Tensão do NMOSFET e do PMOSFET tipo Enriquecimento PMOS (Vt < 0 !!!)NMOS

16 PSI Equações de I D =f(V GS, V DS ) de 1 a Ordem Região Triodo: V GS -V t V DS < 0 Região de Saturação: V DS V GS -V t < 0 onde (Parâmetro de Transcondu- tância do processo [A/V 2 ]) PMOSFET Região de Corte: V GS V t ou V GS -V t 0 I D =0 Linear ( se V DS << V GS -V t ) Parabólica

17 PSI Perfil de um Circuito Integrado CMOS N+ P+ N+ P N N - N+ NMOS PMOS B S G D D G S B

18 PSI Modelagem do Efeito de Corpo (efeito de 2ª ordem) Fonte não está no terra, mas substrato está!!! ??? uma segunda porta... (backgate) V SB Um tipo de amplificador

19 PSI Modelagem do Efeito de Corpo nome

20 PSI O Efeito da Temperatura Tanto V t como k são sensíveis à temperatura V t diminui (em módulo) 2mV/°C (I D aumenta) k diminui com a temperatura e é o efeito dominante Assim, I D DIMINUI com o AUMENTO da temperatura

21 PSI IEEE Spectrum: So current is leaking even when the transistors are off. To get around that problem, you have to use a higher voltage to make the difference between on and off more obvious? Chenming Hu: Exactly. Whats the consequence of that? Power is proportional to the square of the voltage. So if you use twice as high a voltage as the historical trend, your cellphone will consume four times the power. The pain is just too big to keep going that way. We thought planar technology would run out of steam sometime after 25 nm, and it did. IEEE Spectrum: How do FinFETs help fix the leaky garden hose problem? Chenming Hu: Remember, the hose is on a soggy, soft lawn. So what if instead of pressing your finger on this garden hose, you pinch your fingers on the two sides of the garden hose? Thats the analogy. The weak point, the soggy lawn, is the silicon substrate. So you really have to do something on both sides so youre pinching against something firm, an thats what the FinFET is doing. We should pinch the channel [where electrons flow] on two sides and on top. The more pinching sides, the better. Pinching the hose will allow us to use a much, much shorter hose. Thats extremely important. Making things small is really the key of making the electronics cheaper, faster, and lower power. O que está por trás do anúncio da Intel

22 PSI IEEE Spectrum: The idea for FinFETs has been around for a while. How did it all get started? Chenming Hu: DARPA [the Defense Advanced Research Projects Agency] sent out a request for proposals in 1996 for ideas to develop electronic switches beyond 25 nm. At the time, the industry was using 250-nm transistors, and the general view was that transistors could not be scaled below 100 nm. But my students and I had already been thinking about how to get transistors to scale to 25 nm and beyond. There was a quick meeting probably lasting only five minutes between myself and two colleaguesProfessor Tsu-Jae King Liu and Professor Jeff Bokor. The meeting was short because we already knew what to do. I was on a flight to a conference in Japan, and I had about 10 hours, so I just wrote down the technical proposal in longhand. I proposed two structures that wed been thinking about for a while. One was FinFETs, and the other is what we call an ultrathin-body silicon-on-insulator (UTB SOI). We got the contract in 1997, and that gave us the resources to demonstrate FinFETs experimentally. A young graduate student named Xuejue "Cathy" Huang made the working device, and the team of three professors and 11 students and visiting researchers published it in O que está por trás do anúncio da Intel

23 PSI O que está por trás do anúncio da Intel

24 PSI IEEE Spectrum: How did the industry react to the FinFET paper? Chenming Hu: It was an instant hit. I remember Cathy and I were invited to Intel Santa Clara just a couple of months after the publication, and in that same year, 2000, I was invited to Intel Oregon twice. At the time, people were asking me how long it would take for the idea to get into production. I said about 10 years, so I guess I was off by one.... O que está por trás do anúncio da Intel


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