CIRCUITE INTEGRATEDIGITALE

TEORIA TRANZISTOARELOR MOS

Teoria tranzistoarelor MOS Teoria tranzistoarelor MOS

Tranzistoare NMOS cu canal indus

Parametri si caracteristici electrice

Tranzistoare PMOS cu canal indus

Tranzistoare MOS cu canal iniţial

Calculul elementelor de circuit

Tranzistorul NMOS cu canal indus

Tranzistorul MOS cu canal N: Structura fizică a tranzistorului NMOS Simboluri pentru tranzistoarele NMOS

Substrat p

Canal n

n+

n+

S G D

Structura fizică NMOS Simboluri NMOS

Tranzistorul NMOS cu canal indus

VDS(V)0 0.5 1 1.5 2 2.50

0.5

1

1.5

2

2.5x 10-4

'D (A

)

VGS= 2.5 V

VGS= 2.0 V1.5

VGS= 1.5 V

VGS= 1.0 V

0 20.5 1 1.5

1

2

4

5

0

6

'D(A) 3

x 10-4

VGS(V)

Caracteristicile tranzistorului NMOS

Functionarea tranzistorului MOS cu canal N: 3 regimuri de operare (blocat, saturat, liniar)

Tranzistorul NMOS cu canal indus

Regiunile de functionare pentru tranzistorul MOS cu canal N

Regiunea de blocare în care curentul care circulă este practiczero : IDS = 0. Tranzistorul funcţionează în aceasta zonă dacăeste îndeplinită condiţia:

VGS < VT

Tranzistorul NMOS cu canal indus

Regiunea de conducţie liniară (nesaturată) în care curentuldepinde de tensiunea de drenă şi de cea de grilă şi în careeste îndeplinită condiţia:

0 < VDS < VGS – VT

În această zonă curentul drenă – sursă satisface ecuaţia:IDS = [(VGS – VT)VDS – VDS

2/2] Se observă că IDS depinde liniar de VDS dacă se consideră

termenul VDS2/2 ca fiind foarte mic, rezultând:

IDS = (VGS – VT)VDS

Tranzistorul NMOS cu canal indus

Regiunea de saturaţie în care curentul este independent detensiunea drenă-sursă şi în care este îndeplinită condiţia:

0 < VGS – VT < VDS

Dependenţa curentului IDS de tensiunea de grilă este dată derelaţia:

IDS = [(VGS – VT) 2/2]

Tranzistorul NMOS cu canal indus

În relaţiile de mai sus s-a folosit notaţia pentru factorul decâştig al tranzistorului, parametru care depinde atât deparametrii de proces cât şi de geometria dispozitivului. El estedefinit cu relaţia:

undeµ = constanta de mobilitate a purtătorilor în canal; = permitivitatea izolatorului porţii;tox = grosimea stratului izolator al porţii;W = lăţimea canalului;L = lungimea acestuia.

LW

tox

Tranzistorul NMOS cu canal indus

Geometria tranzistorului MOS

difuzie

sursă

difuzie

drenă

poarta

L

W

pn+n+

Si O2

Tranzistorul PMOS cu canal indus

Tranzistoare PMOS cu canal indus

Structura fizică PMOS

Substrat n

Canal p

p+p+

S DG

Simboluri PMOS

Tranzistorul PMOS cu canal indus

x 10-4

02 0.511.5

1

2

4

5

0

6

'D(A)3

VGS(V)

-2.5-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0x 10-4

VDS (V)

'D (A)

Caracteristicile tranzistorului PMOS

Tranzistoare MOS cu canal initial

Simbolurile tranzistoarelor MOScu canal iniţial

Tranzistoare MOS cu canal iniţial

Tranzistoare MOS cu canal initial

0 20.5 1 1.5

1

2

4

5

0

6

'D(A)

3

x 10-4

VGS(V)

00.5 0.5 1 1.5

1

2

4

5

0

6

1

'D(A)3

x 10-4

Fig.VGS(V)

Caracteristica intrare/iesireNMOS cu canal initial

Caracteristica intrare/iesirePMOS cu canal initial

Calculul elementelor de circuitCalculul rezistenţelor ca elemente de circuit

Determinarea rezistenţei unui material conductor omogen se face curelaţia:

() )

unde = rezistivitatea materialului, t = grosimea, l = lungimeaconductorului, w = lăţimea conductorului. Această expresie se mai poatescrie :

()unde RS este rezistenţa pe suprafaţă şi se măsoară în /m2 .

W1

tR on

W1RR Son

Calculul elementelor de circuit

Determinarea rezistenţei straturilor

Calculul elementelor de circuit

Felul stratului Rs [ / ]

Metal 0,03

Difuzie 10 50

Polisilicon 15 100

canal n 104

canal p 2,5104

Rezistenţe de suprafaţă tipice pentru straturile folosite în tehnologia MOS

Calculul elementelor de circuit

Dependenţa rezistenţei echivalente a tranzistoarelor MOS:

0.5 1 1.5 2 2.50

1

2

3

4

5

6

7x 10

5

VDD

(V)

Req

(Ohm

)

Calculul elementelor de circuitRezistenţa tranzistoarelor în conducţie

În conducţie liniară tranzistorul MOS se comportă ca o rezistenţă avândo valoare rezultată din relaţia:

Această rezistenţa se numeşte şi a canalului şi se mai notează cu Rc , eaarătând caracteristica electrică a canalului.Dată fiind dependenţa lui β de raportul W/L, rezultă că rezistenţa înconducţie liniară, depinde de aria acestuia astfel:

De aici rezulta că pentru a obţine tranzistoare cu rezistenţa mai mică şideci cu timpi de comutaţie mai mici trebuie să mărim lăţimea W.

)(1

IV

DS

DS

TGSon VVR

WLkR on