Transistores de Efeito de Campo (FET Field Effect Transistors) MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor) JFET (Junction) MESFET (MEtal-Semiconductor)

Transcrição

1 17ª Aula: O Transistor de Efeito de Campo Transistores de Efeito de Campo (FET Field Effect Transistors) MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor) JFET (Junction) MESFET (MEtal-Semiconductor) SI2223 1

2 17ª Aula: O Transistor de Efeito de Campo Ao final desta aula você deverá estar apto a: -Contar um pouco da história do transistor de efeito de campo (FET) -Explicar porque empregamos os nomes MOSFET canal n ou MOSFET canal p -Mostrar o princípio de funcionamento do FET tipo MOS -Explicar o comportamento da corrente de dreno em um gráfico corrente de dreno em função da tensão dreno-fonte -Identificar as regiões triodo e de saturação, mostrando onde o transistor MOSFET possui uma relação ôhmica entre I D e V DS SI2223 2

3 O rimeiro Transistor O físico Julius Edgar Lilienfeld patenteou o transistor em 1925, descrevendo um dispositivo similar ao transistor de efeito de campo (FET). o entanto, Lilienfeld não publicou nenhum artigo científico sobre sua descoberta nem a patente cita nenhum dispositivo construído. Em 1934, o inventor alemão Oskar Heil patenteou um dispositivo similar. SI2223 3

4 A patente do rimeiro Transistor (1925) SI2223 4

5 A patente do rimeiro Transistor (1925) SI2223 5

6 Transistor MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, canal G V GS D S I DS V DS, tipo Enriquecimento) orta Fonte (G-Gate) Dreno (S-Source) Metal Óxido (D-Drain) + Sem. + Substrato (B-Body) SI2223 6

7 Transistor MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, canal, tipo Enriquecimento) V DS G D I DS V DS Metal (condutor) V GS orta W I DS Óxido de porta (isolante) x ox V GS S Fonte + L + Dreno Substrato (ou Corpo) SI2223 7

8 Transistor - MOSFET orta (G) Alumínio Fonte (S) Dreno (D) SI2223 8

9 Lei de MOORE ( dobra a quantidade de transistores a cada 18 meses) Transistores por circuito integrado k 1k Memória Microprocessador 16k k 256k M 4M 16M AO 256M 64M 1G G4 entium G 16G 64G Cell ower5 Opteron 64 entium IV 2010 SI2223 9

10 Transistor MOSFET Metal Isolante orta (V GS ) Fonte Dreno (V DS ) W y x Si - L Substrato (V B) SI

11 Transistor MOSFET : Região de Corte Metal Fonte orta (VGS) Dreno (VDS) Isolante W Si - L Substrato (VB) 1: Se a Fonte e o Substrato estiverem aterrados, não haverá corrente na junção Fonte-Substrato. 2: Se a tensão aplicada no dreno for positiva, a junção dreno-substrato estará reversamente polarizada, e portanto não haverá corrente significativa nestes terminais. 3: A porta é isolada do substrato. esta condição não haverá corrente fluindo em nenhum dos terminais. SI

12 Lei de MOORE SI

13 O Transistor FET moderno I D 1 C 2 ox W L ( V G V t 2 ) C ox ox t ox FET tecnologia 65nm L porta = 35 nm t ox = 1.2 nm n = Silício tensionado de 2ª geração R on = isi para baixa resistência parasita SI

14 Transistor MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, canal, tipo Enriquecimento) G V GS I DS D S V DS orta (G-Gate) Fonte Dreno (S-Source) Metal (D-Drain) Óxido + Sem. + Substrato (B-Body) SI

15 Transistor MOSFET Metal Isolante orta (V GS ) Fonte Dreno (V DS ) W y x Si - L Substrato (V B) SI

16 Transistor MOSFET : Região de Corte Metal Fonte orta (VGS) Dreno (VDS) Isolante W Si - L Substrato (VB) 1: Se a Fonte e o Substrato estiverem aterrados, não haverá corrente na junção Fonte-Substrato. 2: Se a tensão aplicada no dreno for positiva, a junção dreno-substrato estará reversamente polarizada, e portanto não haverá corrente significativa nestes terminais. 3: A porta é isolada do substrato. esta condição não haverá corrente fluindo em nenhum dos terminais. SI

17 Transistor MOSFET : V GS > V t (tensão de limiar) Metal Isolante orta (V GS ) Fonte Dreno (V DS ) W Região de depleção canal invertido (eletrons) Si - Substrato (V B ) 1: Quando a tensão aplicada na porta (V GS ) for acima da tensão de limiar (Vt Threshold voltage), será formada uma camada de inversão composta de eletrons. 2: Uma região tipo, chamada de canal de inversão, conecta as regiões de fonte e dreno. esta condição uma corrente fluirá do dreno para a fonte. SI

18 Aplicando um pequeno valor de V DS (comportamento resistivo) SI

19 A operação com o Aumento de V DS Figura 5.5 SI