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EE530 Eletrônica Básica IProf. Fabiano Fruett

Transistores de Efeito de Campo

• Introdução aos MOSFET– Tipo Enriquecimento – Tipo Depleção

• Estrutura e operação Física do MOSFET• Características de corrente e tensão

Introdução

O transistor de efeito de campo tipo metal-óxido semicondutor (MOSFET) éextremamente popular. Funções lógicas digitais e memórias podem ser implementadas com circuitos que utilizam exclusivamente MOSFETS. A maioria dos CIs VLSI (Very Large Scale Integration) éfeita utilizando-se a tecnologia MOS.

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Lei de Moore em ação

Estado da arte, processo com dimensões de 0.05 µmFonte: Moore 1975

Fonte: Prof. Jacobus Swart, CCS/UNICAMP

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Wafer de Si processado

Projeção para o estado da arte da tecnologia MOSFET

Fonte: J. Rabaey, Digital Integrated CircuitsSIA´01

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Lei do Moore expandida

Fonte: Intel

Perspectiva de futuro:Projeto Silicon RadioIntel

Objetivos: • Integrar todos os componentes de um rádio em um único chip• Aumentar a flexibilidade e oportunidade

de aplicações dos produtos Intel (wireless systens).

Fonte: Intel

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Fig. 5.1

Estrutura física do NMOS tipo enriquecimento

1 µm ≤ L ≤ 10 µm2 µm ≤ W ≤ 500 µm

0.02 µm ≤ ≤ 0.1 µm Espessura do óxido

Fig. 5.2

Indução do canal

Região depletada de portadores

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Fig. 5.3

VGS > Vt e VDS pequeno Condutância controlada por VGS

Operação como resistor linear

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Fig. 5.5

VGS > Vt e

VDS ⇑Estreitamento do canal

Fig. 5.6

Corrente de dreno iD versus a tensão dreno-fonte vDS , para vGS > Vt

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Fig. 5.11

Característica iD - vDS para um NMOS

( )´ 212D n GS t DS DS

Wi k v V v vL = − −

( )2'12D n GS t

Wi k v VL

= −

Região linear (Triodo):

Região de saturação:

Fig. 5.12

Característica iD – vGS do NMOS na saturação

Vt = 1 V e k’n(W/L) = 0.5 mA/V2

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Característica iD - vDS para o PMOS

Simbologia

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Fig. 5.9

Seção transversal de um circuito integrado CMOS substrato P

Modulação do comprimento do canal

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Modelo equivalente para grandes sinais

constante

1

0GS

D

vDS

irv =

− ∂

≡ ∂

( )2´1 (1 )2D n GS t DS

Wi k v V vL

= − + λ ( )1

20

´2

nGS t

k Wr v VL

λ−

= −

[ ] 10 Dr Iλ −= 0

A

D

VrI

=

A função do substrato – O Efeito de Corpo

SBv

0 2 2t t f SB fV V Vγ φ φ = + + −

Parâmetro de efeito de corpo:

2 A S

ox

qNC

εγ =

Vt corrigido:

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Sugestão de estudo• Sedra/Smith cap. 5 seções 5.1 e 5.2

– Exercícios e problemas correspondentes

Para saber mais:

Paul R. Gray e Robert G. Meyer, Analysis and Design of Analog integrated Circuits, John Wiley & Sons

T. Tsividis, Design considerations in single-chanel MOS analog integrated circuits – A tutorial”, IEEE JSSC SC 13, pp 383-391, junho de 1978