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12 Modelos doTransistor MOS Concepção de Circuitos Integrados
Informática UFRGS
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Transistor MOS N+ N+ P grade VGS óxido de gate fonte dreno + -
canal N - óxido de campo N+ N+ região de depleção P substrato P contato de substrato (bulk)
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Transistor MOS Acumulação Depleção Inversão Regimes de funcionamento
grade de polisilício óxido de silício SiO2 ISOLANTE Acumulação Vgs << Vt substrato P região de inversão região de depleção Vgs = Vt Vgs > Vt região de depleção Depleção Inversão
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√ Transistor MOS Influência das tensões dos terminais Modo de inversão
canal N - camada de inversão grade fonte Vgs + dreno - Vgs ≥ Vt p/ Vds = 0 N+ N+ camada de depleção P √ onde: Wd - profundidade da camada de depleção NA- dopagem do substrato f - tensão através da região de depleção q - carga do elétron esi - permissividade elétrica do silício 2 esi f q NA Wd =
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Transistor MOS Influência das tensões dos terminais Modo não saturado
Vds < Vgs -Vt fonte (linear, resistivo) N+ N+ Ids depende de Vgs e Vds P
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Transistor MOS Influência das tensões dos terminais Modo saturado P
Os elétrons do canal são “injetados” na região de depleção do dreno e acelerados em direção ao dreno Modo saturado pinch-off A corrente no canal é controlada pela por Vgs e praticamente independente de Vds Vds Vgs - Vt Vds > Vgs -Vt fonte Com Vds e Vgs fixo Ids depende de : - distância entre fonte e dreno - largura do canal (W) - tensão de threshold Vt - espessura do óxido de gate - constante dielétrica do isolante e - mobilidade do portador µ - temperatura N+ N+ Vds P
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Transistor MOS Tensão de threshold
Vt é a tensão Vgs de um dispositivo MOS abaixo da qual a corrente Ids cai praticamente a zero. Quando ocorre inversão forte. Vt 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 Vsb -temperatura (diminui com o aumento de temperatura) tipicamente - 4 a -2 mV /ºC
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Transistor MOS Tensão de threshold eox Cox = tox
Cox é a capacitância de gate por unidade de área eox = 3,97 eo = 3, F/cm (permissividade do óxido) Exemplo: para tox =20 nm(=200Aº) temos que Cox é 1,75 fF/µm2.
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Transistor MOS Curvas I-V canal N em enriquecimento canal N em
Ids - corrente de dreno Ids canal N em enriquecimento Vtn Vgs Ids canal N em depleção OBS: como nos transistores de carga (pull-up) de portas lógicas NMOS Vgs - Vtn
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Transistor MOS Curvas I-V √ ID ID 0.02 2 1 0.01 0 1 2 3 VGS
Supondo VT = 0.8 v VDS > VGS -VT VDS < VGS -VT ID (mA) √ ID VDS = VGS -VT VGS = 5V 2 0.02 triodo saturação VDS = 4.2 v VGS = 4V VDS = 3.2 v subthreshold current 1 0.01 VDS = 2.2 v VGS = 3V VDS = 1.2 v VGS = 2V VGS = 1V VGS VDS (V) VT ID em função de VDS ID em função de VGS (para VDS = 5V) 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
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Transistor MOS Modelo de Capacitâncias G D S CGD CGS CDB CGB CSB B
CSB - Capacitância fonte-substrato (bulk) CDB - Capacitância dreno-substrato (bulk) CGB - Capacitância grade-substrato (bulk) CGS - Capacitância grade-fonte CGD - Capacitância grade-dreno
