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IE733 – Prof. Jacobus 6 a Aula Cap. 2 A Estrutura MOS de Dois Terminais.

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1 IE733 – Prof. Jacobus 6 a Aula Cap. 2 A Estrutura MOS de Dois Terminais.

2 2.1 Introdução MOSFET = dispositivo predominante da microeletrônica moderna MOS = Metal – Óxido (SiO 2 ) – Semicondutor (Si) MIS = Metal – Isolante – Semicondutor MOS de 2 terminais = Capacitor MOS = coração do transistor MOS.

3 Diodo controla- do por porta, ou Estrutura MOS de 3 Terminais Transistor MOS, ou MOSFET, ou Estrutura MOS de 4 Terminais

4 2.2 Tensão de Banda Plana a) Caso acadêmico: materiais de porta e conexão igual ao substrato Q = 0. b) Caso real: –(circuito externo ou interno) – Q 0 c) Aplicando fonte externa = MS = - M,S Q = 0, onde portanto:

5 Exemplos: a) Porta de Al: MS = - F – 0.6 V b) Porta de Si-poli n + : MS = - F – 0.56 V c) Porta de Si-poli p + : MS = - F V

6 Cargas no Sistema SiO 2 /Si: Define-se Q o, como uma carga efetiva na interface, com o mesmo efeito das cargas distribuídas. Q o = a cargas/cm 2 (10 -9 a C/cm 2 ).

7 Q o induz cargas no metal e no semicondutor; Podemos neutralizar a carga no semicondutor pela aplicação de tensão = -Q o /C ox

8 Aplicando uma tensão de porta tal que a carga no semicondutor seja nula, teremos: Combinando MS e Q o : (k ox =3.9)

9

10 Exemplo: Calcule V FB para substrato tipo p, N A =9x10 16 cm -3, isolante de SiO 2, t ox =10nm, porta de Si-poli tipo n +. A carga efetiva de interface é de C/cm 2. Nota:

11 Aplicando tensão de porta = V FB : Nota: Q C = carga combinada = Q I + Q B

12 2.3 Balanço de Potencial e de Carga M = material de porta, mesmo se contato nas costas

13 Como MS = cte. Por neutralidade de cargas: (pois Q o = cte.) Para desenhar diagramas de bandas, E F = cte., pois:

14 2.4 Efeito de V GB sobre a Condição de Superfície (consideramos substrato p): Condição de Banda Plana:

15 2.4.2 Condição de Acumulação:

16 2.4.3 Condição de Depleção e Inversão: Inicialmente, forma-se depleção: Para y < d B (y) -qN A Caso particular de V GB = V L0 :

17 Para s = F n s = p s = n i Corresponde a V GB = V L0 Para s = 2 F n s = N A Corresponde a V GB = V M0

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19 2.4.4 Análise Geral (relação de s e Q c com V GB ):

20 Temos = f( ) e não = f(y) fica difícil integrar a equação de Poisson em y ! A solução é alterar a variável de integração de y p/ : P/ y = = 0, = 0 P/ y=0 = S = S

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22 Temos agora 4 equações gerais (ver abaixo) e 4 variáveis ( ox, s, Q c, Q G ), que podem ser resolvidos numericamente, para cada valor de V GB, dados os parâmetros: MS, Q o, N A, t ox.

23 É geral, porém muito complexo. Acumulação e depleção são importantes apenas no cálculo de alguns efeitos parasitários, no corte. Inversão é fundamental para modelagem de corrente. Aproximações serão usadas, em inversão, para simplificar. (I) (II) (III) (IV)


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