Capitolul IVTRANZISTORUL CU EFECT DE CMP (TEC)

**DE

DE

DE*Capitolul VTRANZISTORUL CU EFECT DE CMP4.1 Prezentare general4.2 TEC cu poart jonciune4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*Curentul principal e controlat printr-un cmp electric (camp de control); curentul principal circul printr-un canal conductor, bordat de 2 electrozi: surs S i dren D tensiunea aplicat pe un al treilea electrod (gril G) modific cmpul de controlFig. 4.1Tranzistorul cu efect de cmp (TEC)4.1 Prezentare generalGDSiDvGS+ vDScanal n*

DE

DE* TEC-J (J-FET), TEC cu poarta jonctiune

TEC-S (MES-FET), TEC cu poarta Schottky

TEC-MOS (MOS-FET), TEC cu poarta MOSTECTEC J TEC S TEC MOScanal induscanal initialClasificarea TEC4.1 Prezentare general*

DE

DE*Simbolurile TECTEC-J cu canal nTEC-J cu canal pTEC-MOS cu canal nTEC-MOS cu canal p4.1 Prezentare general*

DE

DE*Capitolul VTRANZISTORUL CU EFECT DE CMP4.1 Prezentare general4.2 TEC cu poart jonciune4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*n+n+RSSsubstrat p+2b2aGDSB4.2.1 Structura TEC-Jcanal nFig. 4.2aRSS5.2 TEC cu poart joniune*

DE

DE*TEC-J are 4 electrozi: S-surs, D-dren, G-poart (gril), B-substrat (bulk).n practic se folosete mult TECJ cu 3 electrozi; prin construcie substratul e legat la poart (GB).Tranzistorul are 2 jonciuni asimetrice, presupuse identice (p+n), conectate n paralel: poart-canal i substrat-canal.Cmpul electric de control acioneaz numai n zona de sub poart.Structura ideal cuprinde numai aceast zon (Fig. 5.2b).Observaii5.2 TEC cu poart joniune*

DE

DE*Fig. 4.2bDS-vBS-vGSvBS = vGSWL4.2 TEC cu poart joniune*

DE

DE*(4.1a)

conductana constructivconductana efectivConductana canalului 4.2 TEC cu poart joniune4.2.2 Conductana canalului. Tensiunea de prag(4.1b) *

DE

DE* TEC-J canal nTEC-J canal p(4.2a)(4.2b)Tensiunea de prag4.2 TEC cu poart joniune*

DE

substrat pGDSBSiO2Strcutura JFETSiO2SiO2SiO2L-VGSn+n+p+t-xd0Modelarea grosimii canaluluicanal oncanal off*DE*

DE

DE*Regimuri de lucruTEC-J canal nTEC-J canal p(4.3a)(4.3b) Funcionare n conducieTEC-J canal nTEC-J canal p(4.3c)(4.3d) Funcionare n blocare4.2 TEC cu poart joniune*

DE

DE*Funcionare in blocare1. Prin depirea tensiunii de pragGBRSSDS-vBS= -VT-vGS = - VT+vDSFig 4.2c4.2 TEC cu poart joniune*

DE

DE*Funcionare n blocare2. Prin nepolarizarea dreneiFig 4.2d4.2 TEC cu poart joniune*

DE

DE*(4.4a) Zona liniar(4.1b) (4.1c) formula (4.1c) - empiriczona liniar: TECJ o rezisten 1/g0,ef controlat prin vGSFig. 4.2eVGS = VTVGSVGS = VT/24.2 TEC cu poart joniune4.2.3 Relaii ntre cureni i tensiuni*

DE

DE*Zona de tranziie (cvasiliniar)canalul se ngusteaz de la S spre Drata de cretere a lui iD cu vDS scade(4.4b) 4.2 TEC cu poart joniune*

DE

DE*Saturaie incipientcanalul se nchide la D(4.5a)(4.4c) 4.2 TEC cu poart joniune*

DE

DE*Saturaie propriu-zis - Zona activacanalul se nchide pe distana dintre planele A i D4.2 TEC cu poart joniune(4.5b)*

DE

substrat pGDSBSiO2ConducieEfectul lui VDSSiO2SiO2SiO2-VGS+VDSVDS,satn+p+n+*DE*Fig. 4.2f

DE

DE*Curentul IDSSIDSS curentul maxim prin tranzistorIDSS dat de catalog factorul geometric al TEC4.2 TEC cu poart joniune*

DE

DE*(4.4d) factorul de modulare a canaluluiIDSS curentul maxim prin tranzistor4.2 TEC cu poart joniuneModularea lungimii canalului (efectul Early)*

DE

saturaie (activa)1. Modelarea n regim staionar4.2.4 Modelarea TEC-J4.2 TEC cu poart joniunePunctul static de funcionare(4.6a)2. Modelarea la semnal mic, frecvene joase*DE*

DE

4.2 TEC cu poart joniuneCondiia de semnal mic*DE(4.7)*

DE

DE*Panta tranzistorului, gm. Conductana de ieire, gds4.2 TEC cu poart joniune*

DE

DE*Circuitul echivalent de semnal mic, frecvene joaseGDS+-Fig. 4.2g4.2 TEC cu poart joniune+-(4.6b)*

DE

DE*Fig. 4.2hCircuit echivalent natural de semnal mic, frecvene nalteGD+-S+-4.2 TEC cu poart joniuneCapaciti interne Cgs, Cgd - Capacitile de barier ale J-GS i J-GD - polarizate invers*

DE

DE*4.2 TEC cu poart joniunen TEC-J: p TEC-J: 4. Parametrii dinamiciPanta tranzistorului(4.8a)*

DE

DE*4.2 TEC cu poart joniuneRezistena de ieire(4.8b)*

DE

DE*4.2 TEC cu poart joniuneParametrii staticiIDSS ~ n(p) Tensiunea de prag VT Tensiunea VF Curentul IDSS|VT| IDSS VF nu variaz cu temperatura.4.2.5 Comportarea cu temperatura*

DE

DE*Fig. 4.2iIDVGSIDZIDSS(T0)VGSZVT(T0)IDSS(T1)IDSS(T2)VT(T1)VT(T2)ZT0 < T1VDS > VDS,sat4.2 TEC cu poart joniune

DE*4.2 TEC cu poart joniuneQ(IDZ , VGSZ) - constant cu temperaturaCurentul IDID > IDZ ID < IDZ *

DE

DE*4.2 TEC cu poart joniuneParametrii dinamici Conductana gds Panta gmgds nu variaz cu temperatura.gm Capacitile Cgs , Cds Cgs , Cgd*

DE

Electroni Molecule de lichid (ap)Curent electric Curgerea lichiduluiTerminalele dispozitivelor Bazine infinite cu lichidPotenialele terminalelor Nivelurile lichidului n bazinePotenial pozitiv Un nivel al lichidului mai mic dect cel de referin pentru bazinPotenial negativ Un nivel al lichidului mai mic dect cel de referin pentru bazin

Analogie Hidrodinamica *DE*

DE

VS = 0VG = 0VD = 0ID = 0VSJFET analogie hidrodinamicEchilibruSURSPOARTDREN*DE*

DE

substrat pGDSBSiO2Strcutura JFETSiO2SiO2SiO2L-VGSn+n+p+t-xd0Modelarea grosimii canaluluicanal oncanal off*DE*

DE

IDVSVDSJFET - analogie hidrodinamicEfectul lui VGSID = 0SURSDREN *DE*

DE

substrat pGDSBSiO2ConducieEfectul lui VGS SiO2SiO2SiO2-VGS+VDSp+n+n+*DE*

DE

substrat pGDSBSiO2ConducieEfectul lui VDSSiO2SiO2SiO2-VGS+VDSVDS,satn+p+n+*DE*

DE

ID > 0VSVDS JFET analogie hidrodinamicEfectul lui VDSSURSPOARTDREN*DE*

DE

ID = ID, satVSVDS,satJFET - analogie hidrodinamicEfectul lui VDS SURSPOARTDREN*DE*

DE

ID ID, satVSVDSJFET - analogie hidrodinamicID SURSDRENEfectul lui VDS *DE*

DE

DE*Capitolul IVTRANZISTORUL CU EFECT DE CMP4.1 Prezentare general4.2 TEC cu poart jonciune4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*substrat pGDSBSiO2SiO2n+n+SiO2RSSMetalOxidSemiconductorFig. 4.3a4.3.1. Structura MOSLa TEC-MOS in raport cu TEC-J lipsete zona p+ de poartelectrodul de poart este dispus pe un strat izolant de oxidn cazul MOS cu canal indus, nu exist canal care s conecteze zonele n+4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE* In aplicatii se folosete:

TEC-MOS-ul are 2 jonctiuni, intotdeauna invers polarizate: J-BS si J-BD.

in regim stationar si cvasistationar curentii de substrat sunt

neglijabili. Curentii de poarta sunt neglijabili datorita oxidului izolatortranzistorul MOS cu 4 electrozi (2 porti de comanda):G poarta principala si B poarta secundara

tranzistorul MOS cu 3 electrozi (o poarta G): prin constructie, substratul B se leaga la sursaObservatii4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*Fig. 4.3bntre S i D sunt 2 diode dispuse spate n spateUn curent iD0 ntre S si D inducerea unui canal n ntre zonele n+Structura MOS la echilibruBSD4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*Un curent iD0 ntre S si D antrenarea /inducerea unui canal n ntre zonele n+4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*4.3.2 Antrenarea canaluluiAplicarea unei tensiuni pe poarta e+ din B, din vecintatea interfeei substrat - oxid de poart sunt ndeprtai de potenialul pozitiv al G e- din B sunt atrai n vecintatea interfeei substrat - oxid de poart de potenialul pozitiv al G concentraia e- devine predominant fa de concentraia de e+ pe o zon foarte ngust semiconductorul s-a inversat (p n) concentraia de e- din zona ngust de tip n e egal cu concentratia de e+ din volumul B

DE

substrat pGDSBSiO2SiO2n+n+CSRAntrenarea /Inducerea canalului VBS = 0CSR+VGSVGS0VT0+VGS = VT0*DE*4.3 Tranzistorul MOS cu canal indusFig. 4.3c

DE

DE*4.3.3 Tensiunea de prag VT - tensiunea aplicata pe G ce produce antrenarea canalului2. Tranzistorul MOS cu dou pori(4.9a)4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus1. Tranzistorul MOS cu o poartB legat la SVT VT0*G i B polarizate diferit - factor de substrat(4.9b)

DE

DE*VS = VB = 0VD = 0VS = 0VGSVG Tensiunea de prag la MOS cu o poart Analogie hidrodinamic VGS = 04.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*VS = VB = 0VD = 0VS = 0VGSVG Analogie hidrodinamic VGS > VT04.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

+VGS= VTsubstrat pGDSBSiO2SiO2CSRInducerea canalului efectul lui VBSCSR+VGSVGS0VT-VBSVT0n+n+*DE*4.3 Tranzistorul MOS cu canal indusFig. 4.3d

DE

DE*VS = 0VT0VD = 0VB = 0VG = 04.3 Tranzistorul MOS cu canal indusTensiunea de prag la MOS cu dou pori Analogie hidrodinamic VBS = 0*

DE

DE*VS = 0VD = 0VG = 0VBSVT4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus

Analogie hidrodinamic VBS < 0*

DE

DE*VS = 0VD = 0VG = 0VGS = VTVG04.3 Tranzistorul MOS cu canal indus

Analogie hidrodinamic VGS = VT > 0*

DE

DE*4.3.4 Regimuri de lucruMOS canal nMOS canal p(4.10a)(4.10b) Funcionare n conducieMOS canal nMOS canal p(4.10c)(4.10d) Funcionare n blocaresausau4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*(5.11a,b) au fost deduse pentru n-MOS, dar sunt valabile i pentru p-MOS tranzistorul cu o singur poartVT tensiunea de prag a tranzistorului MOS cu 2 portiConcluzii4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*4.3.5 Relaii ntre cureni i tensiuni la MOSn-MOS n conducie:n regim cvasistaionar

singurul curent prin tranzistor este dacaDomeniul tensiunii vDS se mparte n dou zone:

4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*Zona cvasi-liniar( de trioda) vDS vGS VTRSS-vBSGDSBcanal n+vDS+vGS > VTn+n+dvCSxyvCS4.3 Tranzistorul MOS cu canal indusFig. 4.3e*

DE

DE*4.3 Tranzistorul MOS cu canal indusZona liniar(4.11b)*(4.11a)vDS vGS VT

DE

DE*4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus Factorul de aspect (geometric) al tranzistorului MOSFactorul de curent (mA/ V2(4.12a)*(4.12b) Mobilitatea electronilor / golurilor din canalCapacitatea oxidului de poarta

DE

DE*saturaie incipient: 4.3 Tranzistorul MOS cu canal indusZona de saturaie / activ(4.11c)(4.11d) saturaie propriu-zis*

DE

DE*tensiunea de prag: VTfactorul de curent : kn(p)factorul de modulare a canalului : n(p))4.3 Tranzistorul MOS cu canal indusParametrii statici ObservaiiEcuaiile i funcionarea MOS -ului sunt similare cu cele ale TEC-JDaca in relaiile (4.11) se face substitutia

se obtin ecuatiile (4.4)Relaiile (4.4) si (4.11) sunt valabile TEC cu canal n si p . *

DE

DE*VS = VB = 0VD = 0VS = 0VGSVG Analogie hidrodinamic VGS > VT04.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*VD = 0VS = 0VGSVG VDSVS = VB = 0VD Analogie hidrodinamic VGS > VT0VDS > 04.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*VS = 0VGSVG VDSVS = VB = 0VD VDS,satAnalogie hidrodinamic VDS = VDS,satID = ID,sat4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*VS = 0VG VDS > VDS, satVS = VB = 0Analogie hidrodinamic VDS > VDS,satID ID,sat4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*1. Modelarea n regim staionar(4.13a)4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus4.3.5 Modelarea TEC-MOS Punctul static de funcionare*

DE

DE*Condiia de semnal micvgs - semnal de joas frecven4.3 Tranzistorul MOS cu canal indusZona activa / saturaie 2. Modelarea la semnal mic, frecvene joase*

DE

DE*4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*

(4.7)condiia de semnal mic la TEC 4.3 Tranzistorul MOS cu canal indusdac*

DE

DE*

Pantele tranzistorului, gm, gmb. Conductana de ieire, gds4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*

4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*+DSGgmbvbsgmvgs-vbs vgsCircuitul echivalent de semnal mic , frecvente joaseFig. 4.3fB+4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*(4.13b)

DE

DE*DS = BGgmvgsFig. 4.3gSubstratul legat la sursa vbs= 0 MOS cu o poarta4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*Capaciti internea) Capaciti de barier ale J-BS i J-BD identice, polarizate invers4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus3. Modelarea la semnal mic, frecvene nalte*b) Capaciti de poart

DE

DE*DDSSGBgmbvbsgmvgsvbsvgsCgdCgsCbsCbdvbdvgd++----Fig. 4.3h5.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*Circuitul echivalent de semnal mic frecvente inalte

DE

DE*

4. Parametrii dinamici ai MOSPanta principal4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*

Panta secundar(4.14b)4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*Conductana de ieire(4.8c)(4.8b)4.3 Tranzistorul MOS cu canal indusRezistena de ieire*

DE

DE*

Capaciti de barier(4.14c)(4.14d)4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

DE*

Capaciti de poart(4.14e)(4.14f)(4.14g)4.3 Tranzistorul MOS cu canal indus*

DE

4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC*4.2 TEC*4.2 TEC*4.2 TEC*4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*4.2 TEC4.2 TEC*