Transistor NMOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, canal N, tipo Enriquecimento) I DS D

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Lídia Castro Lacerda
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1 G V GS Transistor NMOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, canal N, tipo Enriquecimento) I DS D S V DS Porta (G-Gate) Fonte Dreno (S-Source) Metal (D-Drain) Óxido N+ Sem. N+ P Substrato (B-Body)

2 G V GS I DS D S Transistor NMOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, canal N, tipo Enriquecimento) V DS Metal (condutor) N+ Fonte V GS Porta L P V DS W Substrato (ou Corpo) N+ Dreno I DS Óxido de porta (isolante) x ox

3 Metal Isolante N Transistor NMOSFET : V GS > V t (tensão de limiar) Região de depleção P Porta (V GS ) Fonte Dreno (V DS ) canal invertido (eletrons) 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. : Uma região tipo N, chamada de canal de inversão, conecta as regiões de fonte e dreno. Nesta condição uma corrente fluirá do dreno para a fonte. N Substrato (V B )

4 N P Aplicando um pequeno valor de V DS (comportamento resistivo) N

5 A operação com o Aumento de V DS N P N

6 Perfil da camada de inversão no canal do transistor NMOS com aumento de V DS

7 Determinação da relação i D v DS (v GS )

8 Região de Corte: i D =0 NMOSFET Modelo de i D =f(v GS, v DS ) de 1 a Ordem v GS V t ou v GS -V t 0 Região Triodo: 0< v DS v GS -V t v DS vgs Vt vds W i D k n L Região de Saturação: i D W L V 0< v GS -V t v DS vgs t k μ nεox n onde kn μ n.cox x ox Parametro de Transcondutância do processo [A/V ]

9 Características de Corrente-Tensão do NMOSFET Tipo Enriquecimento

10 Características de Corrente-Tensão do NMOSFET Tipo Enriquecimento

11 Alunos de PSI33: Vamos hoje incrementar o modelo de primeira ordem do NMOSFET e estudar o transistor PMOSFET

12 i D Modelo de circuito equivalente para grandes sinais de um NMOSFET operando em saturação W L V μ ε x v n ox GS t kn μ n.cox k n ox

13 V A : Tensão de Early i D k n W L v A Resistência de Saída Finita na Saturação (modulação do comprimento de canal) GS V t (1.v DS )

14 Modelo de circuito equivalente para grandes sinais de um NMOSFET operando em saturação incorporando r 0 (Efeito Early : modulação do comprimento de canal) I D k n W L V GS V t (1.V DS )

15 Porta(G) Fonte(S) Transistor MOSFET - Canal P (PMOS) Dreno(D) P+ P+ N Substrato (B)

16 Transistor PMOSFET Fonte(S) Porta(G) P+ P+ N Substrato (B) Comparação entre os Transistores Dreno(D) NMOSFET Porta (G-Gate) Fonte Dreno (S-Source) Metal (D-Drain) Óxido N+ Sem. N+ P Substrato (B-Body)

17 Perfil de um Circuito Integrado CMOS P+ N+ N+ P+ P+ N+ P NMOS N - N+ PMOS B S G D D G S B N

18 Circuitos Digitais CMOS Inversor CMOS Porta NAND CMOS Porta NOR CMOS

19 Circuitos Digitais CMOS Célula de memória estática (SRAM)

20 I REF Circuitos Analógicos CMOS Amplificador Operacional Q 8 Q 5 Q 7 _ Q 3 + V DD Q Q 1 + Q 4 C C - V SS Q 6

21 Tecnologia CMOS projetada e fabricada na Escola Politécnica da USP (J.A.Martino - Doutorado - USP ) Dimensões: 3mm x 3mm 7 Estruturas Van der Pauw e Resistores 3 Estruturas Kelvin 5 Capacitores 0 Transistores nmos 0 Transistores pmos 6 Diodos 1 Oscilador em Anel (31 estágios) 3 Inversores

22 Transistor PMOSFET Fonte(S) Porta(G) P+ P+ N Substrato (B) Dreno(D) V t < 0 v GS < 0 v DS < 0 m p ~ m n /3

23 PMOSFET Modelo de i D =f(v GS, v DS ) Região de Corte: v GS V t ou v GS -V t 0 i D = 0 V Região Triodo: v GS -V t v DS < 0 t < 0 v GS < 0 W v v i k v V DS D p GS t vds DS < 0 m p ~ m n /3 L Região de Saturação: v DS v GS -V t < 0 i D k p W L v GS V t (1.v DS ) k Onde: μ p ox p μ p.cox x ox Parametro de Transcondutância do processo [A/V ] ε

24 Exemplo 4. (pag 160 do livro texto)

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