O Transistor de Efeito de Campo Aula 1

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1 O Transistor de Efeito de Campo Aula 1 4 Aula Data Matéria Capítulo/página Teste Eletrônica II SI3322 rogramação para a rimeira rova 1 02/08 Estrutura e operação dos transistores de efeito de campo canal n, características tensão-corrente. Sedra, Cap. 4 p /08 Dedução da equação de corrente do MOSFET canal n, resistência de saída na saturação, Exemplo 4.1. Sedra, Cap. 4 p /08 Características do MOSFET canal p, efeito de corpo, sumário, exercícios. Sedra, Cap. 4 p /08 olarização cc. Exemplos 4.2, 4.5 e 4.6 O MOSFET como amplificador e como chave (apenas destacar a curva de transferência) Sedra, Cap. 4 p /08 O MOSFET como amplificador, modelo equivalente de Sedra, Cap. 4 pequenos sinais, Exemplo p /08 Configurações básicas de estágios amplificadores MOS. Sedra, Cap. 4 Conceituação. Configuração fonte comum. p /08 Amplificador fonte comum com resistência de fonte. p /08 Resposta em baixa frequência do fonte comum Sedra, Cap. 4 p /08 Resposta em alta frequência do fonte comum Sedra, Cap. 4 p /09 rojeto Amplificador de pequenos sinais MOS para experimento 06 de lab de eletrônica. Amplificador MOS porta comum Semana da átria (04/09 a 08/09/2017) Teste 01 (11h10) Teste 02 (11h10) Teste 03 (11h10) Avulso Teste 04 (11h10) 5 1

2 1ª Aula: O Transistor de Efeito de Campo (FET) 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 ID e VDS 8 Transistores de Efeito de Campo (FET Field Effect Transistors) JFET (Junction) MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor) MESFET (MEtal-Semiconductor) 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. A patente do rimeiro Transistor (1925) 3

4 A patente do rimeiro Transistor (1925) Metal Semicondutor Metal vidro Transistor MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, canal, tipo Enriquecimento) IDS VDS VGS orta orta (G-Gate) Fonte (G-Gate) Fonte Metal (S-Source) (S-Source) Metal Óxido Óxido + Sem. + Sem. Dreno Dreno (D-Drain) (D-Drain) + + Substrato Substrato (B-Body) (B-Body) 4 4

5 Transistor MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, canal, tipo Enriquecimento) V DS I DS Metal (condutor) V GS orta W I DS Óxido de porta (isolante) x ox V GS + Fonte L + Dreno Substrato (ou Corpo) W 1 i = μ C ( v V ) v v L 2 2 D n ox GS t DS DS Transistor - MOSFET W Alumínio Dreno + Fonte orta L + Dreno (D) Substrato (ou Corpo) orta (G) Alumínio Fonte (S) Dreno (D) 5

6 Lei de MOORE ( dobra a quantidade de transistores a cada 18 meses) Lei de MOORE W Alumínio orta micron Dreno + L + Fonte Dreno (D) Substrato (ou Corpo) 6

7 O Transistor FET moderno FET tecnologia 65nm Lporta = 35 nm tox = 1.2 nm μn = Silício tensionado de 2ª geração Ron = isi para baixa resistência parasita id = μn Cox W L 1 2 (vgs Vt )v DS 2 v DS Transistor MOSFET : Região de Corte orta (VGS) Fonte Metal Isolante Dreno (VDS ) 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. 7 7

8 Testando o comportamento do Transistor MOSFET V DS 100mV e V GS =0 pequeno 100mV V GS =0 I D = 0, Transistor no Corte Transistor MOSFET, V DS 100mV e aplicando V GS I D = 0, Transistor no Corte pequeno 100mV < V t (tensão de limiar, ou threshold) 8

9 Transistor MOSFET, V DS 100mV e aplicando V GS V GS > V t, há canal, I D 0, Transistor conduz pequeno 100mV > V t (tensão de limiar, ou threshold) camada de inversão camada de depleção Transistor MOSFET, aplicando V GS (ensando no MOSFET como um Resistor) > V t 9

10 Transistor MOSFET, aplicando V GS V GS > V t, há canal, I D 0, Transistor conduz > V t R DS 1 = ρ Wt. si Aplicando um pequeno valor de V DS (0~200mV) e mantendo V GS constante (canal comportamento resistivo) V t + 4V V t + 3V V t + 2V V DS pequeno variando de 0 a 200mV I V t + 1V D 10

11 Transistor MOSFET, aplicando V GS > V t e V DS > 200mV V GS > V t e V DS > 200mV, I D 0, Transistor conduz, mas... >> 100mV > V t A operação com o Aumento de V DS V t + 3V V DS >100mV 3V =V GS-V t 2V V t + 3V V DS pequeno 100mV 2V 3V V GS-V t V DS <100mV 11

12 Transistor MOSFET, aplicando V GS > V t e V DS > V GS -V t V GS > V t e V DS > V GS -V t > V GS -V t > V t Transistor MOSFET, aplicando V GS > V t e V DS > V GS -V t V GS > V t e V DS > V GS -V t > V t > V GS -V t i = μnc W 1 2 ( vgs Vt) vds vds L 2 D ox 12

13 Assim: Aplicando um pequeno valor de V DS (V DS < 100~200 mv) (região triodo com comportamento resistivo) Vamos adotar comportamento resistivo para V DS < 100mV A operação com o Aumento de V DS (região triodo mas 100mV < V DS V GS -V t ) Figura

14 Resumindo a Região Triodo (V DS 100 mv) 100mV < V DS V GS V t 14