Semicondutores: D-MOSFETs

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Semicondutores: D-MOSFETs

  1. 1. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 1 Não concordo com o acordo ortográfico
  2. 2. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 2 BJT: Transistores bipolares de junção (Bipolar Junction Transistor) FET: Transistores de efeito de campo (Field Effect Transistor). JFET: Transistores de efeito de campo de junção (Junction Field Effect Transistor). MESFET: Transistores de efeito de campo de metal semiconductor. (MEtal Semiconductor Field Effect Transistor). MOSFET: Transistores de efeito de campo de metal-óxido-semiconductor. Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. BJTs PNP NPN FETs JFET MESFET MOSFET Canal N Canal P Canal NEnriquecimento Deplexão Canal P Canal N Canal P Canal N Tipos de Transistores Transistores MOSFETs
  3. 3. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 3 Símbolos de Transistores Transistores MOSFETs Transistor, bipolar, NPN Transistor, bipolar, PNP Transistor, JFET, Canal-N Transistor, JFET, Canal-P Transistor, MOSFET, Canal-N, Modo Deplexão Transistor, MOSFET, Canal-N, Modo Enriquecimento Transistor, MOSFET, Canal-P, Modo Deplexão Transistor, MOSFET, Canal-P, Modo Enriquecimento
  4. 4. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 4 Transistores de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor MOSFET Transistores MOSFETs O Transistor MOSFET - É o mais importante componente semicondutor fabricado actualmente. O MOSFET, que em grande parte substituiu o JFET, teve um efeito mais profundo sobre o desenvolvimento da electrónica, foi inventado por Dawon Kahng e Martin Atalla, em 1960. Em 2009 foram fabricados cerca de 8 milhões de transistores MOSFET para cada pessoa no mundo; esse número dobrou em 2012. Possuem elevada capacidade de integração, isto é, é possível fabrica-los nas menores dimensões alcançáveis pela tecnologia empregada. São componentes de simples operação e possuem muitas das características eléctricas desejáveis para um transistor, especialmente para aplicações digitais. MOSFET: Transistor de Efeito de Campo de Metal-Óxido-Semicondutor (do inglês, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor); São transistores formados pela associação entre um condutor, um isolante óxido e semicondutores tipo p e n (um deles fortemente dopado). Assim como o JFET, o seu princípio de funcionamento baseia-se no controlo do canal pela condução entre os terminais fonte (S) e dreno (D) através da porta de controlo (G).
  5. 5. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 5 – MOSFETs  Canal N  Canal P  Tipo Enriquecimento (E-MOSFET).  Tipo Deplexão (D-MOSFET). De acordo com o tipo de canal, os MOSFETs podem ser classificadas como:  Tipo Enriquecimento (E-MOSFET).  Tipo Deplexão (D-MOSFET). Transistores MOSFETs Existem 2 tipos de MOSFETs de: MOSFETs de Deplexão (D-MOSFET): Opera em modo de esgotamento da mesma forma que um JFET quando VGS  0. Opera em modo de Enriquecimento, como E-MOSFET quando VGS> 0. MOSFETs de Enriquecimento (Enhancement) (E-MOSFETs):  Opera em modo de Enriquecimento.  ID = 0 até que VGS> VT (tensão de limiar). (=VP ou Tensão VGSoff) Os MOSFETS de enriquecimento (E-MOSFETs), já foram objecto de estudo numa outra apresentação. Agora vamos estudar os MOSFETS de Deplexão (D-MOSFETs).
  6. 6. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 6 p n n p n n GS D GS D E-MOSFET Enriquecimento (n) D-MOSFET Deplexão (n) D G substrato p S nMOS-FET de Enriquecimento D G substrato n S pMOS-FET de Enriquecimento Formado por uma placa de metal e um semicondutor, separados por uma zona de óxido de semicondutor - por exemplo SiO2 - de uns 100 nm de espessura. Possui quatro eléctrodos:  Porta, (Gate em inglês), simbolizada com G; que se conecta á placa metálica.  Fonte (Source) e Dreno (Drain), ambos simétricos, que se integram no substrato.  Substrato (Body), geralmente conectado electricamente com a fonte. D G substrato p S nMOS-FET de Deplexão D G substrato n S pMOS-FET de Deplexão Metal Óxido Semiconductor Metal MOSFETS de Enriquecimento e de Deplexão – Comparação de símbolos e canais Transistores MOSFETs
  7. 7. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 7 MOSFET de Deplexão  D-MOSFET - Simbologia  A distinção entre os terminais do canal continua a ser feita pela conexão do substrato (SS) a um dos terminais, que passa a ser denominado o terminal fonte (S).  Em dispositivos discretos, a dissipação térmica continua a ser feita através do terminal de Dreno (D). G D S Substrato G D/S S/D SubstratoSS G D S G D S Substrato G D/S S/D SubstratoSS G D S Canal n Canal p Transistores MOSFETs O MOSFET tem 3 ou 4 terminais: G, D, S e B (de 'bulk' ou substrato) mas o B está normalmente ligado à fonte (Source) S. Caso tenha dissipador, é ligado ao Drain (Dreno) Pode ser do tipo NMOS (tipo N) ou PMOS do (tipo P). É de Enriquecimento/Deplexão.
  8. 8. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 8 n+ n+ Áreadocanal Substrato (corpo) Semiconductor Tipo-p SS(Corpo-Body ) Dreno (D) Fonte (S) Porta (G) Oxide (SiO2) MOSFET de Deplexão  D-MOSFET - Estrutura Transistores MOSFETs Toda a estrutura é disposta sobre um substrato SC de tipo oposto ao do canal (p ou n). Os Terminais da Fonte(S) e do Dreno (D),são ligados através de contactos metálicos ás regiões dopadas-n, ligadas pelo Canal-n. Contactos Metálicos A Gate (Porta)(G) está ligada à superfície de contacto de metal, mas isolada do canal-n por uma camada fina de SiO2 – Não há ligação directa entre a Gate (G) e o canal do MOSFET. O SiO2 actua como um dieléctrico que estabelece um campo eléctrico oposto, dentro do dieléctrico, quando exposto a um campo externo aplicado. n-channel depletion-type MOSFET Um quarto terminal (SS),conecta o substrato a fim de também polariza-lo, que pode estar, ou não, ligado internamente á Fonte (S).
  9. 9. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 9 MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Funcionamento do Canal-n Transistores MOSFETs n+ n+ SS D S G PVGS=0 VGS= 0 V VDD A Tensão de Gate-Source, VGS = 0 V. A tensão VDS é aplicada entre os terminais Dreno-Source. A atracão para o potencial positivo do Dreno pelos electrões livres do canal-n, produz uma corrente através do canal. VGS = 0V, ID = IDSS ID = IS = IDSS
  10. 10. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 10 G P MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Funcionamento do Canal-n Transistores MOSFETs VGS 0 V Se VGS é uma tensão negativa: Potencial negativo na Gate vai pressionar os electrões na direcção do substrato tipo-p, e atrair buracos (ou lacunas) do substrato. Recombinações electrão/lacuna vão ocorrer - reduzindo o número de electrões livres no canal-n, para a condução. Quanto maior polarização negativa, maior taxa de recombinação. A ID é reduzida com o aumento do polarização negativa de VGS. Á tensão de estrangulamento do canal “pinch-off”, VP,  ID = 0A. Contactos Metálicos Canal-n Substrato-P SiO2
  11. 11. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 11 G D S n n p Opera no modo de Enriquecimento quando lhe é aplicada uma voltagem VGS positiva. Estes dispositivos são geralmente operados no modo de deplexão (esgotamento). O D-MOSFET pode ser operado em qualquer um dos dois modos – de Deplexão (esgotamento), ou no modo de Enriquecimento - e às vezes é chamado de MOSFET de deplexão/ enriquecimento. MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Funcionamento do Canal-n Transistores MOSFETs Como a Gate é isolada do canal, qualquer tensão lhe pode ser aplicada, quer positiva ou negativa. S G D n n p O MOSFET canal n opera no modo de Esgotamento quando lhe é aplicada uma voltagem Gate/Source VGS negativa.
  12. 12. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 12 MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Modo de Deplexão/Enriquecimento Transistores MOSFETs Modo de Esgotamento. Com uma tensão de Gate (G), as cargas negativas, repelem os electrões de condução do canal, deixando iões positivos no seu lugar. Desse modo, o canal n é empobrecido de alguns dos seus electrões, diminuindo, assim, a condutividade do canal. Quanto maior for a tensão negativa na Gate, maior será a deplexão de electrões do canal n. Á tensão VGS suficientemente negativa , VP/VT/VGSoff(*), o canal é totalmente esgotado e a corrente de Dreno é zero. (*) Nomes equivalentes D-MOSFET schematic symbols. Modo de Enriquecimento: Com uma tensão de Gate positiva, mais electrões de condução são atraídos para o canal, aumentando assim (melhorando) a condutividade do canal.
  13. 13. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 13 MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Funcionamento do Canal-n Transistores MOSFETs Os MOSFETs em modo de deplexão, estão sempre em condução, até que sejam levados ao corte. (Image courtesy of Max Maxfield and techbites.com) P-type Si N+ poly-Si n-type Si P+ poly-Si NMOS PMOS  Para condução, VGS > VP.  Modo de Enriquecimento: VP > 0.  Modo de Deplexão: VP < 0. – MOSFET “ON “ quando VG=0V.
  14. 14. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 14 MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Funcionamento do Canal-n Transistores MOSFETs VGS 0 V Se VGS é uma tensão positiva: Com a Gate positivo, esta irá atrair electrões adicionais do substrato-p, devido à corrente fuga inversa, e estabelecer novos portadores, através das colisões entre partículas em aceleração. A ID vai aumentar em ritmo acelerado - o utilizador deve de estar ciente de que a ID máxima suportada não seja ultrapassada. A aplicação de VGS positivo foi aumentar o nível de portadores livres no canal (enriquecer)…. A Região de tensão de Gate positiva na curva de transferência é chamada de região de enriquecimento, enquanto que a região entre a saturação e de corte é chamada de região de deplexão.
  15. 15. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 15 Assim, para um transistor NMOS de deplexão, o canal conduz, mesmo se VGS = 0! Se o valor de VGS é positivo, o canal é mais enriquecido. Isto é, os electrões livres são mais atraídos para o canal, e aumentam a condutividade. Se o valor de VGS é negativo, os electrões livres são repelidos do canal! A condutividade do canal é assim diminuída. Chamamos a isso fenómeno de deplexão do canal. Se o valor de VGS se tornar suficientemente negativo, todos os electrões livres do canal serão repelidos, o canal diz-se completamente esgotado! Um canal que completamente esgotado não pode conduzir. Por outras palavras, o D- MOSFET está no corte! MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Funcionamento do Canal-n Transistores MOSFETs Deste modo, o valor negativo do VGS em que o canal está completamente esgotado é a tensão de limiar VT para um dispositivo NMOS de deplexão. Por outras palavras, para ter um canal de condução, a tensão Gate/Source VGS, deve ser maior do que a tensão de limiar VT.: VGS >VP Tal como no dispositivo NMOS de Enriquecimento! isto significa que, para ter um canal de condução, o excesso de tensão da Gate, deve ser positivo: VGS −VP >0
  16. 16. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 16 Os MOSFETs de Deplexão podem ser construídos usando uma estrutura lateral (mostrado á Esquerda), ou de uma estrutura vertical (mostrado á Direita). A estrutura lateral é mais adequada para a integração e proporciona menor capacidade e uma velocidade mais elevada, ao passo que a estrutura de suporte vertical, suporta maior tensão de ruptura, menor resistência “on”, e maior capacidade de corrente. Canal-n. D S S G N+ N- G P N+ N+ P- S D VERTICAL MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Características Transistores MOSFETs LATERAL Ligação interna Ligação interna
  17. 17. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 17 VGS= -2 V VGS= 0 V VGS= -1 V VGS= +1 V 4 I SSD -2-4 0 ID (mA) VGS (V) -6 -5 -3 -1 VPN/2 VTN VGS=VP/2= -3 V VGS= -4 V VGS= -5 V 0 VDS ID (mA) 0,3VPN 2 4 1 2 I SSD SSDI 8 10,9 Deplexão Enriquecimento MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Características Transistores MOSFETs Curvas típicas de MOSFET Deplexão – canal n Os D-MOSFETs, podem ser polarizados de modo a poderem funcionar em dois modos: o Modo de Esgotamento ou o Modo de Enriquecimento. IDSS Onde IDSS é corrente de Dreno ID, quando VGS = 0 VGS=VPN= -6V
  18. 18. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 18 4 I SSD 0,3VTN 2 4 31 5 ID (mA) VGS (V) -1 0 2 4 6 2 I SSD SSDI 8 10,9 MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Características Transistores MOSFETs Curvas típicas de MOSFET Deplexão – canal p 8 VTP O D-MOSFET de canal p, é semelhante ao canal n, excepto que a polaridade da tensão e indicações dos sentidos das correntes, são invertidos. IDSS VGS= +2 V VGS= 0 V VGS= +1 V VGS= -1 V VGS=VP/2= +3 V VGS= +4 V VGS= +5 V 0 VDS ID (mA) VP/2 VGS=VP= +6V Deplexão Enriquecimento
  19. 19. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 19 Descobrimos, então, que um MOSFET de Enriquecimento e um MOSFET de deplexão são precisamente idênticos em quase todos os sentidos (por exemplo, os mesmos modos, mesmas equações, os mesmos nomes de terminal). Há apenas duas diferenças para lembrar: 1. A tensão de limiar para um dispositivo NMOS de depleção é negativa (isto é, VP <0). Enquanto a tensão de limiar para um dispositivo PMOS de depleção é positivo (isto é, VP> 0). 2. O MOSFET de deplexão tem uma ligeira diferença no símbolo. MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Características Transistores MOSFETs Curvas típicas de MOSFET Deplexão
  20. 20. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 20 MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Características Transistores MOSFETs Curvas típicas de MOSFET Deplexão – canal n D-MOSFETs: Operação em Modo de Deplexão (Esgotamento) Quando VGS = 0V, ID = IDSS. Quando VGS <0V, ID <IDSS. Quando VGS> 0V, ID> IDSS . A fórmula utilizada para traçar a curva de transferência, é a seguinte: 2 P GS DSSD V V 1II        IDSS
  21. 21. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 21 MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Características Transistores MOSFETs Curvas típicas de MOSFET Deplexão – canal n D-MOSFETs: Operação em Modo de Enriquecimento (Enhancement) 2 P GS DSSD V V 1II        Neste modo, o MOSFET opera com VGS> 0V, e a corrente ID, vai acima da equação de Shockley para IDSS, a fórmula usada para traçar a curva de transferência, ainda se aplica, mas a VGS é positiva. IDSS
  22. 22. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 22 Recta de carga sobreposta às curvas do MOS: consoante o valor de VGS, assim o MOS funcionará na zona de saturação (Q) na zona de tríodo (C) no ponto entre elas (B) ou no corte (A). MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Características Transistores MOSFETs Curvas típicas de MOSFET Deplexão – canal n
  23. 23. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 23 http://www.planetanalog.com/document.asp?doc_id=527454 MOSFET de Deplexão  D-MOSFET – Características Transistores MOSFETs Mostrando os símbolos, arquitecturas e características fundamentais dos MOSFETs de modo de deplexão. Os dispositivos laterais são mostrados de forma simplificada. Note-se que para a maioria dos MOSFETs, o substrato ou terminal do corpo está internamente ligado ao terminal de fonte(S).
  24. 24. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 24  Polarização canal n IDSS: intersecção da curva com o eixo vertical (ID). VT: intersecção da curva com o eixo horizontal (VGS).  A curva de transferência do MOSFET tipo Deplexão, evidencia os mesmos parâmetros dos JFETs: Esboço da Curva de Transferência  Uma vez que esse dispositivo também obedece á Equação de Schockley, o esboço da curva de transferência pode ser feito com o auxílio de uma tabela semelhante aquela do JFET: VGS ID 0 IDSS -0.4VP 2IDSS 0.3VP IDSS/2 0.5VP IDSS/4 VP 0 mA Inclui um valor positivo de VGS! MOSFET de Deplexão  D-MOSFET(n) – Características Transistores MOSFETs JFET D-MOSFET n
  25. 25. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 25 VPN  Polarização Fixa MOSFET de Deplexão  D-MOSFET(n) – Polarização Transistores MOSFETs Ex.: Para o nMOS tipo deplexão, determinar IDQ e VGSQ.  A determinação do ponto de operação através do método gráfico consiste simplesmente em encontrar a intersecção entre a recta de polarização (VGSQ=VGG) e a curva de transferência do dispositivo. IDQ=0,7mA VP
  26. 26. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 26  Autopolarização MOSFET de Deplexão  D-MOSFET (n)– Polarização Transistores MOSFETs Ex.: Para o nMOS seguinte determinar: IDQ, VGSQ e IDQ e VGSQ. A recta de polarização para este circuito é dada pela Equação: D 3 DSGS I102,4IRV  VP G S D Um ponto dessa recta está na origem (0,0) e o segundo pode ser encontrado arbitrando-se um valor para ID ou VGS. Arbitrando VGS=6V ID=2,5mA. O esboço da curva de transferência pode ser feito com o auxílio da Tabela: VGS ID 0 IDSS -0.4VP 2IDSS 0.3VP IDSS/2 0.5VP IDSS/4 VP 0 mA
  27. 27. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 27  Autopolarização MOSFET de Deplexão  D-MOSFET (n)– Polarização Transistores MOSFETs Ex.: Para o nMOS seguinte determinar: IDQ, VGSQ e IDQ e VGSQ. VGS ID 0 IDSS -0.4VP 2IDSS 0.3VP IDSS/2 0.5VP IDSS/4 VP 0 mA Traçando curva de transferência e a reta de polarização e determinando o ponto de funcionamento (Q), temos: IDQ = 1,7 mA VGSQ = -4,3 V IDQ = 1,7 mA VGSQ = -4,3 V VDS pode ser determinado pela equação da malha de saída VDS=VDD-ID (RD+RS) VDS = 20-1,7x10-3(6,2x103+2,4x103 VDS = 5,38V IDSS VP Q VP G S D RD RS VDD
  28. 28. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 28  Polarização por divisor de tensão MOSFET de Deplexão  D-MOSFET (n)– Polarização Transistores MOSFETs Ex.: Para o nMOS seguinte determinar: IDQ,VGSQ e VDS A tensão de gate é dada pelo divisor de tensão, logo: VG = VDD x R2 / (R1+R2) = 18 x 10/(110 +10)=1,5V VP G S D VDD RD RS R1 R2 A recta de polarização para este circuito é dada pela Equação: VGS = VG - RS x ID = 1,5-150 x I D Os pontos notáveis dessa recta são:  VGS=0V ID=10 mA. ID=0 VGS=1,5 V. O esboço da curva de transferência pode ser feito com o auxílio da Tabela anterior: VGS ID 0 IDSS -0.4VP 2IDSS 0.3VP IDSS/2 0.5VP IDSS/4 VP 0 mA
  29. 29. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 29  Polarização por divisor de tensão MOSFET de Deplexão  D-MOSFET (n) – Polarização Transistores MOSFETs Ex.: Para o nMOS seguinte determinar: IDQ,VGSQ e VDS VP G S D VDD RD RS R1 R2 VGS ID 0 IDSS -0.4VP 2IDSS 0.3VP IDSS/2 0.5VP IDSS/4 VP 0 mA  VGS=0V ID=10 mA. ID=0 VGS=1,5 V. IDSS VP Traçando curva de transferência e a reta de polarização e determinando o ponto de operação (Q), temos:  IDQ= 7.6 mA. Q IDQ = 7,6 mA VGSQ = +0.35V  VGSQ= +0,35V VDS pode ser determinado pela eq. da malha de saída: VDS=VDD-ID x(RD+RS) VDS=18-7,6x103 (1,8x103+150) VDS=3,18V
  30. 30. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 30 MOSFET de Deplexão  D-MOSFET (n) – Polarização Transistores MOSFETs As semelhanças entre as curvas características de um JFET e de um MOSFET Tipo Deplexão permitem a utilização das mesmas análises para determinar a polarização de ambos.
  31. 31. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 31 Polarização Simples Divisor de Tensão Divisor de Tensão com RS Realimentação D/G Duas Fontes de Tensão Com Fonte de Corrente MOSFET de Deplexão  D-MOSFET (n) – Polarização Transistores MOSFETs
  32. 32. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 32 Funcionamento do MOSFETs Transistores MOSFETs
  33. 33. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 33 Formulário: Como amplificador Transistores MOSFETs
  34. 34. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 34 Parâmetros comuns a dispositivos NMOS e PMOS Parameter description value W Gate width of either NMOS or PMOS L Gate Length for either NMOS or PMOS Lambda (l) Design parameter for scalable rules .35 microns PMOS or NMOS minimum sized device Smallest possible PMOS or NMOS device W = 3l  10.5m m L = 2l  .75m m Cox Gate capacitance per unit area ~2.5 fF/um2 Parâmetros específicos para dispositivos PMOS Parameter description value mp Effective mobility of holes k’= (mp Cox)/2 ------- VTP PMOS Threshold Voltage Cjsw Source/drain Side wall capacitance (F/m) Cj Source/drain bottom plate capacitance Units (F/m2) Cjswg Source/drain Side wall capacitance on drain side Units (F/m) Cgdo Drain overlap capacitance (F/m) Parâmetros específicos para dispositivos NMOS Parameter Description value mn Effective mobility of electrons 446.9 cm2/V-sec k’= (mn Cox)/2 ------- VTN NMOS Threshold Voltage Cjsw Source/drain Side wall capacitance: (F/m) Cj Source/drain bottom plate capacitance Units (F/m2) Cjswg Source/drain Side wall capacitance on drain side: Units (F/m) Cgdo Drain overlap capacitance (F/m) From: http://www.mosis.org/cgi-bin/cgiwrap/umosis/swp/params/ami-c5/t3af-params.txt Formulário: Parâmetros Transistores MOSFETs
  35. 35. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 35 Parâmetros n-MOSFET (D) Formulário: MOSFETS Deplexão canal n Transistores MOSFETs Process parameter [A/V2] OXnn Ck m        L W knn .Current Gain [A/V2] Early Voltage AV 1 l Body Effect Parameter [ V] OXa CqN /2 Oxide Capacitance [F/cm2] OX OOX OX t K C   Threshold Voltage ( fSBfTOTN VVV  22  Zero Potencial Current (VGS=0) 2 TN n DSS V 2 I   Depletion n-MOSFET Threshold Voltage 0TNV
  36. 36. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 36 Equações n-MOSFET (D) Formulário: MOSFETS Deplexão canal n Transistores MOSFETs Cut-off Mode Drain current 0ID  Gate to Source Voltage TNGS VV  Gate to Drain Voltage ( . Linear Mode Linear Drain Current (VDS<1V) DSTNGSnD VVV L W kI ).(        Triode Drain Current ]2/).[( 2 DSDSTNGSnD VVVV L W kI        Gate to Source Voltage TNGS VV  Gate to Drain Voltage TNGD VV  Saturation Mode Drain Current 2 TNGSnD VV L W kI ).(        Drain Current with l )..().( DS 2 TNGSnD V1VV L W kI l       Gate to Source Voltage TNGS VV  Gate to Drain Voltage TNGD VV  Linear/Saturation Boundary Drain to Source Voltage TNGSDS VVV 
  37. 37. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 37 Formulário: MOSFETS Deplexão canal n Transistores MOSFETs Parâmetros para pequenos Sinais Transcondutance [A/V] ).( TNGSnm VVg   Transcondutance [A/V] Dnm IL)(W2kg ./ Transcondutance [A/V] TNGS D m VV 2I g   Transcondutance of Body [A/V] mmb gg . Body Effect ( SBf V22   . Gate Source Capacitance [F/cm2] (  (  OX0vOXgs CLWCLW 3 2 C  Gate Drain Capacitance [F/cm2] (  OX0vgd CLWC  Source /Drain - Body Capacitance [F/cm2] 0 SB sb0 sb V V C C   1 0 SB db0 db V V C C   1 Maximum operating frequency [Hz] ( gdgs m T CC2 g f   
  38. 38. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 38 http://web.itu.edu.tr/~ozayan/ele222/mosfeteqs1d.pdf Formulário: MOSFETS Deplexão canal n Transistores MOSFETs
  39. 39. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 39 Parâmetros p-MOSFET (D) Formulário: MOSFETS Deplexão canal p Transistores MOSFETs Process parameter [A/V2] OXpp Ck m        L W kpp .Current Gain Early Voltage AV 1 l Body Effect Parameter OXd CqN /2 Oxide Capacitance OX OOX OX t K C   Threshold Voltage ( fSBfTOT VVV  22  Zero Potencial Current (VGS=0) 2 TP p DSS V 2 I   Depletion p-MOSFET Threshold Voltage 0TPV
  40. 40. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 40 Equações p-MOSFET (D) Formulário: MOSFETS Deplexão canal p Transistores MOSFETs Cut-off Mode Drain current 0ID  Gate to Source Voltage TPGS VV  Gate to Drain Voltage ( . Linear Mode Linear Drain Current (|VDS|<1V) DSTPGSpD VVV L W kI ).(        Triode Drain Current ]/).[( 2 2VVVV L W kI DSDSTPGSpD        Gate to Source Voltage TNGS VV  Gate to Drain Voltage TNGD VV  Saturation Mode Drain Current 2 TPGSpD VV L W kI ).(        Drain Current with l )..().( DS 2 TPGSpD V1VV L W kI l       Gate to Source Voltage TPGS VV  Gate to Drain Voltage TPGD VV  Linear/Saturation Boundary Drain to Source Voltage TPGSDS VVV 
  41. 41. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 41 Formulário: MOSFETS Deplexão canal p Transistores MOSFETs Parâmetros para pequenos Sinais Transcondutance [A/V] ).( TPGSpm VVg   Transcondutance [A/V] Dpm IL)(W2kg ./ Transcondutance [A/V] TPGS D m VV 2I g   Transcondutance of Body [A/V] mmb gg . Body Effect ( SBf V22   . Gate Source Capacitance [F/cm2] (  (  OX0vOXgs CLWCLW 3 2 C  Gate Drain Capacitance [F/cm2] (  OX0vgd CLWC  Source /Drain - Body Capacitance [F/cm2] 0 SB sb0 sb V V C C   1 0 SB db0 db V V C C   1 Maximum operating frequency [Hz] ( gdgs m T CC2 g f   
  42. 42. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 42 http://web.itu.edu.tr/~ozayan/ele222/mosfeteqs1d.pdf Formulário: MOSFETS Deplexão canal p Transistores MOSFETs
  43. 43. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 43 Transistores MOSFETs Formulário: Tipos de MOSFETs
  44. 44. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 44 Dúvidas?
  45. 45. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 45
  46. 46. Semicondutores: Transistores D-MOSFETs 26/06/2014 Por : Luís Timóteo 46 Bibliografias http://wwwlasmea.univ-bpclermont.fr/Personnel/Francois.Berry/teaching/Microelectronics/composant.swf http://www.williamson-labs.com/480_xtor.htm http://www.powershow.com/view1/2291d5-MTc1M/Chapter_3__BJTs_Bipolar_Junction_Transistors_powerpoint_ppt_presentation http://www.learnabout-electronics.org/Downloads/Fig316dl_bjt_operation.swf http://www2.eng.cam.ac.uk/~dmh/ptialcd/ http://www.infoescola.com/quimica/dopagem-eletronica/ http://www.prof2000.pt/users/lpa http://www.thorlabs.com/tutorials.cfm?tabID=31760 http://informatica.blogs.sapo.mz/671.html http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_6.html http://www.learnabout-electronics.org/index.php Transístor de Efeito de Campo, Paulo Lopes, ISCTE 2003 http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_6.html http://www.ufpi.edu.br/subsiteFiles/zurita/arquivos/files/Dispositivos_7-FET-parte-II-v1_2.pdf http://www.ittc.ku.edu/~jstiles/312/handouts/

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