TAREA 1 Transistores MOSFET PDF
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TRANSISTORES MOSFET Y SUS CURVAS CARACTERISTICAS EN TECNOLOGA MOSIS 0.25umIng. Uriel Gabriel Zapata Rodrguez Materia de Micro y Nanosistemas Centro de Investigacin en Micro y Nanotecnologa Facultad de Ingeniera Campus Boca del Ro Universidad Veracruzana
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INTRODUCCIN
Los transistores MOSFET o Metal-Oxido-Semiconductor (MOS) son dispositivos de efecto de campo que utilizan un campo elctrico para crear una canal de conduccin. Son dispositivos ms importantes que los JFET ya que la mayor parte de los circuitos integrados digitales se construyen con la tecnologa MOS. Existen dos tipos de transistores MOS: MOSFET de canal N o NMOS y MOSFET de canal P o PMOS. A su vez, estos transistores pueden ser de acumulacin (enhancement) o deplexion (deplexion); en la actualidad los segundos estn prcticamente en desuso y aqu nicamente sern descritos los MOS de acumulacin tambin conocidos como de enriquecimiento. 2 ESTRUCTURA FSICA
La figura 1 indica los diferentes smbolos utilizados para describir los transistores MOS.
Figura 1. Smbolos de transistores NMOS y PMOS
En la figura 2 a continuacin se describe la estructura fsica de un MOSFET de canal N con sus cuatro terminales: Compuerta, drenador, fuente y substrato; normalmente el sustrato se encuentra conectado a la fuente. La compuerta, cuya dimensin es WL, est separado del substrato por un dielctrico (Si02) formando una estructura similar a las placas de un condensador. Al aplicar una tensin positiva en la puerta se induce cargas negativas (capa de inversin) en la
superficie del substrato y se crea un camino de conduccin entre los terminales drenador y fuente. La tensin mnima para crear esa capa de inversin se denomina tensin umbral o tensin de threshold (VT) y es un parmetro caracterstico del transistor. Si la VGS 0 VDS > 0 ID > 0 VT > 0 PMOS VGS < 0 VDS < 0 ID < 0 VT < 0
Tabla 1. Convenio de signos en las tensiones y corrientes en un NMOS Y PMOS
Por ltimo, sealar que en la tabla se indican las diferencias en el signo y sentido de las corrientes y tensiones existentes entre transistores NMOS y PMOS.
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SIMULACIN Y CDIGO EN T-SPICE
El programa de diseo profesional de circuitos integrados y layouts Tanner 13 posee herramientas de simulacin y anlisis de las extracciones de los layouts construidos en el mismo. Las herramientas de anlisis incluidas son T-Spice y Wave viewer del mismo programa. En el simulador T-Spice se puede introducir la configuracin de los
transistores NMOS y PMOS para obtener sus curvas de Corriente-Voltaje caractersticas. En la figura 4 se muestran los diagramas esquemticos de los circuitos simulados, no obstante cabe sealar que la simulacin no es a partir de un modelo esquemtico sino a partir de una sintaxis literal debido a que en el programa se estipulan los nodos y valores de acuerdo a una forma de indicarlos ya establecida por el programa.
Figura 4. Circuitos para la simulacin en T-Spice
La sintaxis de los circuitos bsica es de manera simple: la indicacin de nodos de ramas de elementos, valores y caractersticas adicionales para los elementos de circuito ms complejos. A continuacin se presenta una tabla con la sintaxis de los dos circuitos as como el autor considera no incluye en este reporte los modelos utilizados en el circuito los cuales ya vienen incluidos en la sintaxis por simplificar el espacio. *mosfet tipo N VGS 1 0 DC 0.7 VDS 2 0 DC 2 M1 2 1 0 0 CMOSN W=1E-6 L=0.24E-6 .DC VGS 0 1 0.1 VDS 0 3 0.1 $$$ Ids VS VDS $.DC VDS 0 3 0.1 VGS 0 3 0.1 .PRINT I(M1,2) *mosfet tipo P VGS 1 0 DC -0.7 VDS 2 0 DC -2 M1 0 1 2 2 CMOSP W=1E-6 L=0.24E-6 $.DC VGS -2 0 0.1 VDS -2 0 0.1 $$$ Ids VS VDS .DC VDS -2 0 0.1 VGS -2 0 0.1 .PRINT I(M1,2)
Tabla 2. Sintaxis de los circuitos simulados en T-Spice
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RESULTADOS Y DISCUSIN
Las figuras 5, 6, 7 y 8 son el resultado de la simulacin en T-Spice. Las curvas caractersticas se obtuvieron de la sintaxis anterior, la cual indica un barrido en DC de las fuentes de voltaje VDS y VGS siendo estas el principal elemento caracterizador del circuito.
Curvas Caracteristicasi(M1,2) 900
800
700
600
500
IDS (uA)
400
300
200
100
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Voltage (V)
Figura 5. Curvas de IDS-VDS en el simulador para el transistor NMOS
En la figuras 5 y 8 se puede apreciar que debido a que el modelo de simulacin usado de Mosis 0.25um tiene un nivel alto de acercamiento al comportamiento real conforme el voltaje VDS aumenta la corriente se aplana parcialmente sin dejar de formar una pendiente debido a los efectos de canal corto (ya que en condiciones ideales la corriente deveria aplanarse indefinidamente).
NMOSi(M1,2) 150
100
IDS (uA)
50
0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Voltage (V)
Figura 6. Curvas de IDS-VGS en el simulador para el transistor NMOS
Cabe sealar que las formas y al orientacin de las pendientes son inversas debido a la naturaleza de los dispositivos siendo que estos trabajan a polaridades inversas, de la misma manera que las corrientes en su comportamiento.
PMOSi(M1,2)
-0
-50
IDS (uA)
-100
-150
-200
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
Voltage (V)
Figura 7. Curvas de IDS-VGS en el simulador para el transistor PMOS
En la figuras 6 y 7 se puede apreciarsegun el modelo Mosis 0.25um conforme el voltaje VGS aumenta la corriente acelera su crecimiento de manera sbita, lo cual muestra lo preponderante que es la forma de controlar el voltaje de compuerta para habilitar la conduccin.PMOSi(M1,2)
-0
-50
Current (uA)
-100
-150
-200
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
Voltage (V)
Figura 8. Curvas de IDS-VDS en el simulador para el transistor PMOS
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REFERENCIAS
Adel K. Sedra, Kenneth C. Smith, Circuitos Microelectronicos. 5 edicin. Editorial Mc Graw- Hill Jess del Alamo, Microelectronic Design Lecture 2. MIT Courses.