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Concepção de Circuitos Integrados Informática UFRGS12 Modelos doTransistor MOS.

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Apresentação em tema: "Concepção de Circuitos Integrados Informática UFRGS12 Modelos doTransistor MOS."— Transcrição da apresentação:

1 Concepção de Circuitos Integrados Informática UFRGS12 Modelos doTransistor MOS

2 Concepção de Circuitos Integrados adapted from: P fonte dreno grade canal N Transistor MOS óxido de gate V GS + - substrato P óxido de campo N+N+N+N+ N+N+N+N+ contato de substrato (bulk) região de depleção

3 Concepção de Circuitos Integrados adapted from: Regimes de funcionamento Transistor MOS grade de polisilício óxido de silício SiO 2 ISOLANTE ISOLANTE substrato P V gs << V t região de depleção V gs = V t região de depleção V gs > V t região de inversão Acumulação Depleção Inversão

4 Concepção de Circuitos Integrados adapted from: Influência das tensões dos terminais Transistor MOS P fonte dreno grade canal N - camada de inversão VgsVgsVgsVgs + - N+N+N+N+ N+N+N+N+ V gs V t p/ V ds = 0 camada de depleção Modo de inversão Wd =Wd =Wd =Wd = 2 si 2 si q N A onde: W d - profundidade da camada de depleção N A - dopagem do substrato N A - dopagem do substrato - tensão através da região de depleção - tensão através da região de depleção q - carga do elétron q - carga do elétron si - permissividade elétrica do silício si - permissividade elétrica do silício

5 Concepção de Circuitos Integrados adapted from: Influência das tensões dos terminais Transistor MOS P fonte N+N+N+N+ N+N+N+N+ V ds < V gs - V t Modo não saturado (linear, resistivo) I ds depende de V gs e V ds

6 Concepção de Circuitos Integrados adapted from: Com V ds e V gs fixo I ds depende de : - distância entre fonte e dreno - largura do canal (W) - tensão de threshold V t - espessura do óxido de gate - constante dielétrica do isolante - constante dielétrica do isolante - mobilidade do portador µ - temperatura Influência das tensões dos terminais Transistor MOS P fonte N+N+N+N+ N+N+N+N+ V ds > V gs - V t Modo saturado V ds V gs - V t pinch-off V ds Os elétrons do canal são injetados na região de depleção do dreno e acelerados em direção ao dreno A corrente no canal é controlada pela por V gs e praticamente independente de V ds

7 Concepção de Circuitos Integrados adapted from: Tensão de threshold Transistor MOS V t é a tensão V gs de um dispositivo MOS abaixo da qual a corrente I ds cai praticamente a zero. Quando ocorre inversão forte. V t é função de vários parâmetros, dentre os quais: -material condutor da grade -material isolante do gate (dielétrico) e sua espessura -dopagem do canal -concentração de impurezas na interface silício-isolante -tensão entre fonte e substrato V sb -temperatura (diminui com o aumento de temperatura) tipicamente - 4 a -2 mV /ºC

8 Concepção de Circuitos Integrados adapted from: Tensão de threshold Transistor MOS C ox = ox ox t ox C ox é a capacitância de gate por unidade de área ox ox = 3,97 o = 3, F/cm (permissividade do óxido) Exemplo: para t ox =20 nm(=200Aº) temos que C ox é 1,75 fF/µm 2.

9 Concepção de Circuitos Integrados adapted from: Curvas I-V Transistor MOS I ds VgsVgsVgsVgs 0 V tn I ds - corrente de dreno I ds VgsVgsVgsVgs 0 - V tn canal N emenriquecimento emdepleção OBS: como nos transistores de carga (pull-up) de portas lógicas NMOS

10 Concepção de Circuitos Integrados adapted from: Curvas I-V Transistor MOS V GS = 1V V GS = 2V V GS = 3V V GS = 4V V GS = 5V V DS = V GS -V T V DS (V) I D (mA) 2 1 saturação I D em função de V DS I D em função de V GS (para V DS = 5V) (para V DS = 5V) VTVTVTVT V GS I D I D subthresholdcurrent triodo Região de triodo: o transistor funciona como um resistor controlado por tensão Região de saturação: o transistor funciona como uma fonte de corrente controlada por tensão V DS > V GS -V T V DS < V GS -V T Supondo V T = 0.8 v V DS = 4.2 v V DS = 3.2 v V DS = 2.2 v V DS = 1.2 v

11 Concepção de Circuitos Integrados adapted from: Modelo de Capacitâncias Transistor MOS GD S C GD C GS C DB C GB C SB B C GS - Capacitância grade-fonte C GD - Capacitância grade-dreno C SB - Capacitância fonte-substrato (bulk) C DB - Capacitância dreno-substrato (bulk) C GB - Capacitância grade-substrato (bulk)


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