Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy
Transcript of Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy
![Page 1: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/1.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 1
Transistores de Efecto de Campo
Rev. 1.1
Curso Electrónica Fundamental
Fernando Silveira
Instituto de Ingeniería Eléctrica
![Page 2: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/2.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 2
Field Effect Transistors (FETs)
MOSFET: Metal-Oxide-Semiconductor FET– Enriquecimiento– Empobrecimiento
JFET: Junction FET
MOSFET: – Idea, principio: 1928– Implementación práctica: 1959– Circuitos Integrados MOS (CMOS) actualmente más del 90% del total
de circuitos integrados.– Permitieron circuitos con “Very Large Scale of Integration” (VLSI)– Scaling– Más de mil millones de transistores en un chip
![Page 3: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/3.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 3
nMOS de Enriquecimiento (1)
n+
p
L
W
Source (Fuente)
Drain (Drenador)
Bulk,substrate
n+
Gate (Puerta) Conductor (Metal)
Aislante (tradicionalmente: Oxido de Silicio (SiO2 )
Semiconductor
W: Ancho del transistor (Width)
L: Largo del transistor o Largo del canal (Length)
![Page 4: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/4.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 4
El fin de la historia:
VG1
VG2
VG3
VG4
VP1
VP2
VP3
VP4
SaturaciónZona Lineal
![Page 5: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/5.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 5
Tecnología MOS actual
L a partir de 28 nm (22 nm 16nm, … ), W a partir de valores levemente mayores. tox: Espesor del óxido algunos nm
– 1nm = 10 Å = unas pocas capas atómicas=> Límite por corriente de túnel en el óxido. Más de mil millones de transistores en
un chip Número de transistores por chip se
duplica cada aprox. 2 años (Ley de Moore)
Capacidades , f , Tensión de alimentación (ultimas tecnos: 0.9V a 1V)
n+
p
L
W
Source (Fuente)
Drain (Drenador)
Bulk,substrate
n+
Gate (Puerta)
|
![Page 6: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/6.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 6
¿Cuánto es 1 nm ?
![Page 7: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/7.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 7
Para poder fabricar dispositivos de um y nm
Fuentes: Intel, ESA / ST, IEEE Spectrum
![Page 8: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/8.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 8
Transistor MOS: la realidad
Sustrato
Gate
Oxido
Conexiones
Fuente: IBM
n+
p
L
W
Source (Fuente)
Drain (Drenador)
Bulk,substrate
n+
Gate (Puerta)
![Page 9: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/9.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 9
Transistor MOS: Dispositivo Simétrico, 4 terminales
n+
p
L
W
Source (Fuente)
Drain (Drenador)
Bulk,substrate
n+
Gate (Puerta)
n+n+
G D
B
p
S
Source: Terminal del que parten lo portadores.
Drain: Terminal al que llegan lo portadores
nMOS => portadores: e- => portadores de S a D y corriente de D a S
![Page 10: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/10.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 10
Transistor nMOS: Zona de Corte
n+n+
G D
B
p
VD>0S
ID = 0VD
S D Transistor cortado
![Page 11: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/11.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 11
Estructura MOS de Dos Terminales:Tensión de Banda Plana (“Flat Band”)
B
+ + + ++ + + + + +
- - - - - - - - - - - - -
GG
B
Polisilicio (conductor
, metal)
Aislante (óxido)
Metal
Semiconductor
(silicio tipo p)
B
G
VGB
VGB = VFB (tensión de Flat Band)
=> No hay cargas netas acumuladas en sustrato y gate.
![Page 12: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/12.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 12
Estructura MOS de Dos Terminales:Acumulación, Deplexión, Inversión
B
G
VGB=VFB
+
B
G
++ + ++ + ++ + ++ + ++VGB<VFB
Acumulación
B
G
VGB1>VFB
Deplexión
-
B
G
- - - - - - - - - - - - -VGB = VGB2 >VGB1>VFB
Inversión
Canal de Inversión,
electrones libres,
Carga Qi
![Page 13: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/13.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 13
Estructura MOS de Dos Terminales:Carga de Inversión Qi
Fuente: Tsividis
Aproximación usual (inversión fuerte):
Q’i =C’ox.(VGB-VT0)
Q’i = Qi/(W.L) carga de inversión por unidad de área
C’ox =ox/tox capacidad de gate por unidad de área
VT0: Tensión umbral
![Page 14: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/14.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 14
Estructura MOS de Tres Terminales: Efecto de sustrato (efecto “body”).
Qi
• Si se aumenta VCB manteniendo VGC constante => Qi disminuye.
• Para tener el mismo Qi, VGB y VGC tienen que aumentar en mayor proporción que VCBQ’i C’ox.(VGB - VT0-(1+).VCB),
= 0.2 … 0.6
![Page 15: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/15.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 15
Operación Transistor MOS (1) (Zona de Corte)
n+n+
G D
B
p
S
QB: Carga de Deplexión
VG1>0, “pequeño”
VG= VG1>0, “pequeño”, VS= VD = 0
![Page 16: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/16.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 16
n+n+
G D
B
p
S
Operación Transistor MOS (2)
QB aumenta
VG2> VG1>0
Qi: Carga de
Inversión
VG= VG2> VG1>0, VS= VD = 0
![Page 17: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/17.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 17
Operación Transistor MOS (3)
QB aumenta
VG2> VG1>0
Qi: Disminuye
VG= VG2> VG1>0, VS= VD > 0
n+n+
G D
B
p
S
VS= VD > 0 VS= VD > 0
![Page 18: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/18.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 18
n+n+
G D
B
p
S
Operación Transistor MOS (4) (Zona Lineal o “triodo”)
VG2> VG1>0
Qi: Varía a lo largo del
canal VG= VG2> VG1>0, VS= 0,VD > 0 “pequeño”
IDS distinto de 0, aprox. lineal con VDS, comportamiento de resistencia,
pequeña, controlada por VG
VS= 0 VD > 0,”pequeño”
![Page 19: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/19.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 19
n+n+
G D
B
p
S
Operación Transistor MOS (5) (Saturación)
VG2> VG1>0
Qi: practicamente
se anula aquíVG= VG2> VG1>0, VS= 0,VD > 0 “grande”
IDS distinto de 0, no depende en primera aproximación de VD, comportamiento de fuente de corriente controlada por VG
VS= 0
VD > 0,”grande”
![Page 20: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/20.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 20
n+n+
G D
B
p
S
Operación Transistor MOS (6) (Saturación 2)
VG2> VG1>0
Qi: practicamente se anula aquí
VP: tensión de “pinch-off” = VDSAT: tensión de saturaciónQ’i C’ox.(VG - VT0-(1+).Vch) => VP=(VG-VT0)/(1+)=VDSAT
VS= 0
VD > 0,”grande”
Vch =VS =0 Vch =VP/Qi 0
Vch =VD
ID aprox. constante, determinada por esta zona,
IDVP/R(Qi)
![Page 21: Transistores de Efecto de Campo - fing.edu.uy](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022072118/62d915d25d35e467a90172b3/html5/thumbnails/21.jpg)
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay Curso Electrónica Fundamental 21
Operación Transistor MOS (7) (Saturación 3)
VG1
VG2
VG3
VG4
VP1
VP2
VP3
VP4
SaturaciónZona Lineal