Díodo Quase sempre ocorrem como elementos parasitas em CIs digitais n B A SiO 2 Al símbolo Quase sempre ocorrem como elementos parasitas em CIs digitais

Região de deplecção

Corrente de um díodo

Díodo contra-polarizado Modo dominante de operação

Modelos para análise manual

Capacidade de junção

Capacidade de difusão

Modelo de díodo

Parâmetros SPICE

Transístor MOS Polysilicon Aluminum

Conceito de Tensão de limiar

A tensão de limiar

Efeito de corpo

Característica de um transístor “tradicional” 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 x 10 -4 V DS (V) I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Resistive Saturation VDS = VGS - VT Quadratic Relationship

Zona linear de funcionamento

Transístor em saturação Pinch-off

Relação tensão-corrente (canal longo)

Modelo para análise manual

Relação tensão-corrente Dispositivos DSM -4 V DS (V) 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Early Saturation Linear Relationship

Saturação de velocidade n ( m / s ) u sat = 10 5 Constant velocity Constant mobility (slope = µ) x c = 1.5 x (V/µm)

Comparação I V Canal longo V = V Canal curto V V - V D DS GS DD DSAT

ID versus VGS linear quadratic quadratic Canal longo Canal curto 0.5 1 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 x 10 -4 V GS (V) I D (A) 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 -4 V GS (V) I D (A) linear quadratic quadratic Canal longo Canal curto

ID versus VDS Resistive Saturation VDS = VGS - VT Canal longo 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 x 10 -4 V DS (V) I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Resistive Saturation VDS = VGS - VT -4 V DS (V) 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Canal longo Canal curto

Modelo unificado para análise manual G B

Modelo simples versus SPICE 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 -4 Velocity Saturated Linear Saturated VDSAT=VGT VDS=VDSAT VDS=VGT (A) I D V (V) DS

Transistor PMOS Todas as variáveis são negativas -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 x 10 -4 V DS (V) I D (A) VGS = -1.0V VGS = -1.5V VGS = -2.0V Todas as variáveis são negativas VGS = -2.5V

Modelo de transístor para análise manual

O transistor como um interruptor

Transístor como interruptor

Transístor como interruptor

Comportamento dinâmico do transístor

Capacidade da porta (gate) x d L Porta de plosilício Vista de cima Gate-bulk overlap Fonte n + Dreno W t ox n + Vista de corte L Òxido de silício

Capacidade da porta – regimes de operação Cut-off Resistive Saturation Regiões mais importantes para circuitos digitais: saturação e corte

Capacidade da porta Capacidade em função de VGS (com VDS = 0) Capacidade em função do grau de saturação

Capacidade de difusão Channel-stop Parede lateral Fonte W N fundo x j Canal L S Substrato

Capacidade de junção

Linearização da capacidade de junção Substituir uma capacidade NÃO-LINEAR por uma capacidade equivalente LINEAR que desloque a mesma quantidade de carga para a variação de tensão de interesse

Capacidades de um processo CMOS 0.25 mm

O transístor sub-micrométrico Variação de tensão de limiar Condução "sub-limiar" Resitências parasitas

Variação da tensão de limiar limiar para VDS baixo limiar para canal longo VDS L Limiar como função do Abaixamento de barreira induzida pelo dreno comprimento (para VDS baixo) (para pequeno L)

Condução "sub-limiar" O declive inverso S S é DVGS para ID2/ID1 =10 0.5 1 1.5 2 2.5 10 -12 -10 -8 -6 -4 -2 V GS (V) I D (A) VT Linear Exponencial Quadrática O declive inverso S S é DVGS para ID2/ID1 =10 Valores típicos para S: 60 .. 100 mV/década

Corrente sub-limiar ID vs VGS VDS de 0 a 0.5V

Corrente sub-limiar ID vs VDS VGS de 0 to 0.3V

Regiões de operação do MOSFET Inversão forte VGS > VT Linear (resistiva) VDS < VDSAT Saturado (corrente constante) VDS  VDSAT Inversão fraca (sub-limiar) VGS  VT Exponencial em VGS e dependência linear com VDS

Resistências parasitas