tema 9: estructuras mis, transistores mosfet (introducción ... · modelos de pequeÑa seÑal del...
TRANSCRIPT
![Page 1: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/1.jpg)
Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción, zonas de funcionamiento).
Fabricación.
Lecturas recomendadas:
‐ “Circuitos Microelectrónicos”, 4ª ed. Cap.5, Sedra/Smith. Ed. Oxford
‐ “Circuitos Microelectrónicos”, 5ª ed. Cap.4, Sedra/Smith. Ed. McGraw‐Hill
![Page 2: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/2.jpg)
ESTRUCTURA MOS
acumulación
vaciamiento
inversión
Vt: tensión umbral (de inversión)
![Page 3: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/3.jpg)
REGIONES DE FUNCIONAMIENTO (semiconductor de tipo P)
V < 0
0 < V < VT
V > VT
![Page 4: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/4.jpg)
DIAGRAMA DE BANDAS
![Page 5: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/5.jpg)
DIAGRAMA DE BANDAS
qm: función de trabajo del metalqs: función de trabajo del semiconductorq: afinidad electrónica del semiconductorqB: diferencia entre nivel de Fermi e intrínseco: qB qF Ei – EF
≫ ⇒≫ ⇒
≫ ⇒≫ ⇒
‐ Tipo P:
‐ Tipo N:
![Page 6: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/6.jpg)
Diagrama de bandas: ACUMULACIÓN
qSB: doblamiento de las bandas: qSB Ei (interior) – Ei (intercara)SB: potencial de superficie
Acumulación: SB 0
![Page 7: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/7.jpg)
Diagrama de bandas: VACIAMIENTO
Inversión: F SB 2F (inversión débil: NA n p )
Vaciamiento: 0 SB F
cuando: SB = F entonces: n = ppero: NA >> n = p
![Page 8: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/8.jpg)
Diagrama de bandas: INVERSIÓN
Inversión: SB 2F (inversión fuerte: n NA además de n > p )
cuando: SB = 2F entonces la tensión externa: V = Vt tensión umbral
Máxima anchura de la región de vaciamiento, Wm:
2⇒
22
![Page 9: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/9.jpg)
DISTRIBUCIONES DE CARGA
M O S
![Page 10: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/10.jpg)
CAPACIDAD DEL MOS
Qs aumenta exponencialmente con V
1 1 1 1
1
≫ ⇒
![Page 11: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/11.jpg)
CURVA C‐V DEL MOS
Tensión (externa) aplicada, VG:
‐ Inversión fuerte ( SB 2F ): tensión umbral
‐ Vaciamiento e inversión débil ( 0 SB 2F ):2
24
![Page 12: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/12.jpg)
ESQUEMA DE UN TRANSISTOR NMOS
![Page 13: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/13.jpg)
ESQUEMA DE UN TRANSISTOR NMOS
![Page 14: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/14.jpg)
POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR NMOS
Con VG = 0 no puede establecerse corriente en el canal entre D y S, debido a la doble unión PN en contraposición: drenador‐canal, canal‐fuente
![Page 15: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/15.jpg)
POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR NMOS
(a) En corte (d) En saturación(b) y (c) En la región lineal
0 ≤ VGS ≤ Vt
VGS > Vt
VDS 0
VGS > VGD > Vt
0 < VDS ≤ VGS ‐Vt
VGS > Vt
VGD < Vt
VDS ≥ VGS ‐Vt
![Page 16: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/16.jpg)
CARACTERÍSTICAS I‐V NMOS
saturación
lineal
Tensión umbral: 24
Región triodo
![Page 17: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/17.jpg)
siendo:Cox capacidad del óxido de puerta
(por unidad de área)ox cte. dieléctrica del óxido de puerta dox espesor del óxido de puerta
TRANSISTOR NMOS EN CORTE
Vt tensión umbral para la formación del canal
‐ Carga (electrones) en el canal:
/
donde:
‐ Carga (electrones) en el canal por unidad de longitud:
/
![Page 18: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/18.jpg)
TRANSISTOR NMOS EN LA ZONA LINEAL
‐ Campo eléctrico en el canal: /
‐ Velocidad de arrastre de los electrones: v /
‐ Corriente en el canal: v | |/ /
(VDS pequeña)
![Page 19: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/19.jpg)
TRANSISTOR NMOS EN LA ZONA LINEAL
‐ Corriente en el canal: /
‐ Conductancia del canal: /
‐ Parámetro de transconductancia ‘del proceso’(canal n): ′‐ Parámetro de transconductancia del MOSFET (canal n): /
(VDS pequeña)
![Page 20: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/20.jpg)
TRANSISTOR NMOS EN LA ZONA LINEAL
‐ Corriente de drenador: / /2
(VDS creciente)
/ /2
![Page 21: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/21.jpg)
TRANSISTOR NMOS EN LA ZONA LINEAL
‐ Corriente de drenador: / /2
(VDS creciente)
/ /2
![Page 22: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/22.jpg)
TRANSISTOR NMOS EN SATURACIÓN
‐ Tensión de saturación:
( VDS VGS ‐ Vt )
/ /2‐ Corriente de saturación:
![Page 23: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/23.jpg)
MODELO DE GRAN SEÑAL DEL NMOS (SATURACIÓN)
![Page 24: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/24.jpg)
CARACTERÍSTICAS I‐V DEL MOSFET DE CANAL‐N (de enriquecimiento)
ID ‐ VDS ID ‐ VGS
(Saturation)
![Page 25: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/25.jpg)
MODELO DE GRAN SEÑAL DEL NMOS (SATURACIÓN)
‐ Incorpora la resistencia de salida ro debida a la modulación de la longitud del canal
![Page 26: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/26.jpg)
MODELO DE GRAN SEÑAL DEL NMOS (SATURACIÓN)
‐ Resistencia de salida ro debida a la modulación de la longitud del canal: /
siendo ID la corriente de saturación sin considerar el efecto de modulación:
12
y VA la tensión de Early.
![Page 27: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/27.jpg)
MODELO DE GRAN SEÑAL DEL NMOS (SATURACIÓN)
Región de funcionamiento del NMOS de vaciamiento; siendo:
‐ NO saturado: / /2
0
‐ Saturado:
0
/ /2
‐ Corte:
0
0
![Page 28: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/28.jpg)
TRANSISTOR PMOS
![Page 29: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/29.jpg)
CARACTERÍSTICAS I‐V PMOS
![Page 30: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/30.jpg)
CARACTERÍSTICAS I‐V PMOS
Tensión umbral: 24
![Page 31: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/31.jpg)
MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación)
Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación de la longitud del canal
‐ Siendo ro la resistencia de salida debida a la modulación de la longitud del canal:
/
‐ Y gm la transconductancia del MOSFET en saturación (conductancia del canal):
/
![Page 32: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/32.jpg)
SÍMBOLOS (MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO)
NMOS
PMOS
![Page 33: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/33.jpg)
SÍMBOLOS (MOSFET DE VACIAMIENTO)
NMOS
PMOS
![Page 34: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/34.jpg)
TECNOLOGÍA CMOS
![Page 35: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/35.jpg)
PROCESO CMOS (1)
![Page 36: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/36.jpg)
PROCESO CMOS (2)
![Page 37: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/37.jpg)
PROCESO CMOS (3)
![Page 38: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/38.jpg)
PROCESO CMOS (4)
![Page 39: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/39.jpg)
PROCESO CMOS (5)
![Page 40: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/40.jpg)
INVERSOR CMOS: VISTA SUPERIOR
![Page 41: Tema 9: Estructuras MIS, transistores MOSFET (introducción ... · MODELOS DE PEQUEÑA SEÑAL DEL MOSFET (en saturación) Sin incluir (a) e incluyendo (b) el efecto de la modulación](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013120/5c5b38de09d3f245368b5999/html5/thumbnails/41.jpg)
INVERSOR CMOS