Transistores de Efeito de Campo FET Parte II

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1 EN2719 Dispositivos Eletrônicos AULA 12 Transistores de Efeito de Campo FET Parte II Prof. Rodrigo Reina Muñoz T1 2018

2 Conteúdo Transistores de Efeito de Campo JFET MOSFETS Exercícios 2 2

3 Transistores de Efeito de Campo - MOSFET tipo Depleção Há dois tipos de FETs: JFET (já visto em aula) e MOSFET O MOSFET pode ser de dois tipos: Depleção e intensificação. O termo MOSFET deriva-se da construção do transistor, que compreende a aplicação do potencial da porta através de uma camada fina de óxido de silício (SiO2) : FET Metal-Óxido-Semicondutor (MOSFET). 3 3

4 MOSFET tipo Depleção MOSFET tipo Depleção O transistor é construído sobre um substrato tipo p ou tipo n. Há um quarto terminal (terminal do substrato disponível). Usualmente esse terminal é ligado ao terminal da fonte, mas pode não ser o caso. A porta é isolada do canal por uma camada fina de dióxido de silício (S i O 2 ), que é um dielétrico (isolante) Por tanto, não há conexão elétrica entre a porta e o canal (região central em azul entre a fonte e o dreno). 4

5 MOSFET tipo Depleção Outra característica importante é a alta impedância de entrada devido à camada isolante de S i O 2. Assim, I G = 0 A. Aplicando potencial entre o dreno e fonte, permite estabelecer a corrente entre dreno e fonte (isso em virtude da existência de um canal entre dreno e fonte por construção). A corrente resultante com V GS = 0 V, corresponde à corrente I DSS tal como no caso do JFET. 5

6 MOSFET tipo Depleção O mecanismo de corrente controlada por V GS pode ser compreendido estudando a seguinte figura: Para tensões V GS negativas, a carga negativa da porta repele elétrons em quanto atrai lacunas. Isso causa recombinação na região do canal que diminui a corrente com o aumento de V GS. Valores positivos de V GS atraem elétrons para a região do canal, fazendo com que a corrente aumente (intensificação). Este comportamento de aumento ou diminuição da corrente I DS pode ser visto nas característica de dreno e de transferência como mostrado a seguir: 6

7 MOSFET tipo Depleção Observe que V GS pode ter tanto valores positivos ou negativos, em correspondência com a operação do dispositivo no modo depleção ou intensificação. A equação de Schockley pode ser aplicada para o MOSFET tipo depleção em qualquer modo de operação (V GS positivo ou negativo). Para a região positiva da curva de transferência, escolher um valor de V GS positivo e substituir na equação de Schockley, resolvendo para o valor de I D. 7

8 MOSFET tipo Depleção MOSFET canal p O transistor canal p é construído de forma similar ao canal n. Parte-se de um substrato tipo n: As polaridades e sentidos das correntes são invertidos em relação ao MOSFET canal n. Observe os valores positivos de V p 8

9 Símbolos MOSFET tipo Depleção 9

10 MOSFET tipo Intensificação A curva de transferência não é definida pela equação de Schockley A corrente de dreno é nula para valores de V GS menores a um determinado valor (tensão de limiar - V th ). Observe que não há um canal estabelecido entre os terminais de fonte e dreno como no caso do MOSFET tipo depleção Essa é a principal diferencia entre o MOSFET TIPO depleção e o MOSFET tipo intensificação!. 10

11 MOSFET tipo Intensificação A aplicação de uma tensão positiva V GS atrai elétrons no canal. O acúmulo de elétrons forma um canal (inversão da camada tipo p para tipo n na superfície) entre dreno e fonte, permitindo a possibilidade de fluxo de corrente conforme a tensão V DS é aplicada. O nível de V GS que produz um aumento significativo da corrente é chamado de tensão de limiar, V T. Nas folhas de dados é chamado de V GS(Th). 11

12 MOSFET tipo Intensificação Aumentado o valor da tensão V DS, mantendo V GS constante causa saturação da corrente de forma similar ao que acontece em JFETs. Pode ser visto a partir da equação: V DG = V DS V GS Se V GS = 8 V e V DS aumentar de 2 V para 5 V, Então V DG cai de -6V para -3 V. Isso significa que a tensão da porta se torna menos positiva com relação ao dreno (na proximidade do dreno). A porta tem assim menos influência para atrair portadores livres na proximidade do dreno e portanto o canal é estreitado (pinch-off). 12

13 MOSFET tipo Intensificação A diferença entre V GS e V DS na proximidade do dreno determina a forma do canal nesse terminal. Aumentando V DS reduzirá a tensão entre a porta e o canal no terminal do dreno ao valor de V T. OU seja, V GS V DS = V T, ou V DS = V GS V T V T = Tensão de limiar Aumento adicional da tensão V DS (acima de V GS V T ) não tem efeito significativo sobre a corrente, alcançando, portanto, a saturação da corrente. A tensão V DS na qual ocorre a saturação é denotada por: V DSsat = V GS V T 13

14 MOSFET tipo Intensificação Para valores de V GS > V T, a corrente de dreno está relacionada à tensão portafonte pela equação: I D = k(v GS V T ) 2 (região de saturação). K = constante que é função da construção (geometria) do dispositivo. Na região linear das características, a corrente de dreno é dada por: I D W 1 2 = (µ ncox)( ) GS ( V VT) VDS V DS L 2 µ n = mobilidade dos elétrons C ox = Capacitância do óxido W e L são a largura do canal e o comprimento do canal respetivamente. 14

15 O valor de K pode ser determinado como: MOSFET tipo Intensificação k = I D( ligado) 2 ( VGS ( ligado) VT) I D(ligado) e V GS(ligado) representam um ponto particular das curvas do dispositivo ligado. Por exemplo, com I D(ligado) = 10 ma quando V GS(ligado) = 8 V das curvas mostradas a seguir, resulta em um valor de k = (10 ma)/(8 V 2 V) 2 = 0,278 X 10-3 A/V 2 (VT = 2 V) 15

16 MOSFET tipo Intensificação Curvas características de transferência para MOSFET canal n. Estas curvas são usadas na análise cc do transistor tipo intensificação. 16

17 MOSFET tipo Intensificação Símbolos 17

18 MOSFET tipo Intensificação CMOS MOS Complementar. Ambos transistores tipo n e tipo p são construídos no mesmo substrato. Características importantes: Alta impedância de entrada Baixo consumo de potência Inversor CMOS 18