Electrónica /2007

Transcrição

1 006/007 EUP/EEC 4º/MEEC íor Grade avares ula 9: Modelos dos MOSE Sumário Regiões de fucioameo do MOSE. cumulação. epleção. versão fraca. versão fore. Modelos de MOSE. Modelo lamiar. Modelo iversão, moderada e fore. Modelos mais avaçados. Equivalee C.

2 MOSE revisiado Coaco de dreo/foe (drai/source Coaco da Pora (gae Polisilício Coaco de foe/dreo (source/drai Mealização S i O Oxido fio mi Subsrao p + p- Coaco de subsrao Não há difereça física ere o dreo e a foe. meor esão dos dois defie a foe. O polisilício permie o fabrico de MOSEs com o caal bem alihado com a pora (processo auo-alihado. 3 MOSE revisiado (co. Símbolos /S G S/ p- corree de pora é dimiua (~0-7, o eao as capacidades parasias acoplam o sial da pora aos siais de dreo e/ou foe. O subsrao ( ormalmee é ligado à esão mais baixa do circuio. esa forma, o rasísor esará rodeado de juções iversamee polarizadas que o isolam elecricamee de ouros MOSs, preveido que surjam correes ere rasísores aravés do subsrao. 4

3 MOSE: Modos de operação básicos. Região de acumulação: - Com g<<0 há acumulação de lacuas a região de subsrao por baixo do ido fio da pora. - Na região de acumulação forma-se um caal com desidade de lacuas p +. g <<0 - Mesmo que as esões de dreo e/ou foe cresçam, ão há codução possível (à pare as correes de fugas, e para íveis de esão abaixo da esão de breakdow. s >0 > p- Região de depleção (iões -, ão dispoíveis para codução (Noa: Há ambém região de depleção em +, mas como N >> N, em p- a sua exesão é muio meor 5 MOSE: Modos de operação básicos (co... Região de epleção/versão - Um g posiivo acua de uma forma capaciiva para colocar uma igual variação de carga, Q+ e Q-, a pora e à superfície do subsrao, respecivamee. s lacuas serão repelidas, sedo possível ecorar um g que iduza uma siuação de depleção (ausêcia de cargas móveis a região de subsrao por baixo da pora. Porao, a corree será ula esa circusâcia. - Com g a aumear, o campo elécrico as regiões de dreo e foe faz deslocar cargas desas regiões para o subsrao, fazedo iverer a polaridade do caal orado-se assim do ipo. Caal verido g > p- Região de depleção (iões -, ão dispoíveis para codução Se g é al que a coceração de elecrões o caal é iferior à de p-: rasísor opera a região de iversão fraca ou sublimiar. Se g é al que a coceração do caal ( iguala ou se ora superior a p - : rasísor opera a iversão fore. À esão gs, para o qual se ora verdade a iversão fore, chama-se esão de limiar (. 6 3

4 MOSE: modelo elécrico simples versão fore. s esões o MOSE são refereciadas ao subsrao. S S G G G - S - S G G - G G S O modelo é represeado por um cojuo de equações que relacioam com as resaes esões o rasísor. São porao relações formais que preedem prever o comporameo elécrico do disposiivo. 7 Modelo de carga lamiar Ese é o modelo mais simples e correspode à assução de que o caal de iversão em uma profudidade ifiiesimal. e são o comprimeo e largura do caal, respecivamee corree é devida a duas compoees: difusão e deriva. Embora ese modelo se cosiderem campos elécricos fracos, a iversão fore são suficieemee elevados para que só se cosidere a compoee de deriva. Coduividade do caal por quadrado: σ s µ Q ( x ρ Mobilidade dos elecrões (lacuas o caal de ipo p s dx dr w Noar que: R ρ, eão R ρ/h. h Ou seja, a resisêcia de um quadrado é idepedee do valor de e (h é cosae para cada maerial. so é válido para o polisilício, regiões +(p-... S 8 0 4

5 Modelo de carga lamiar: ríodo Cosiderado o caal uiforme ere o dreo e a foe, podemos defiir uma capacidade oal C gb, ere a pora e o caal de iversão, como: ( Cgb ε É mais comum desigar esa capacidade por C, e o seu valor por uidade de àrea é: ε C C C Carga por uidade de área o caal: Q ( x C ( G CH ( x C ( ( x Resisêcia e esão icremeais: dx dr ρ s d x dr µ Q ( dx ch (x (x dx x x Maipulado e iegrado: Região liear ou de ríodo ( µ C ( 9 Modelo de carga lamiar: Sauração Coforme aumea, a desidade de carga juo ao dreo dimiui, de faco: Q ( C ( C ( C (( G ch ( Se - eão Q (0, ocorre o pich-off. parir daqui pode-se, uma aprimação de primeiro grau, afirmar que a carga oal o caal é cosae. Porao basa subsiuir - a equação de em ríodo, resulado a seguie equação: Região de sauração µ C ( ( 0 5

6 Modelo de carga lamiar: Modulação de caal µ C elec ( elec ariação de com? elec ( (argura da região de depleção. ε si qn λ caal + φ ε si qn λ - Modulação de caal ε si 0 ( qn ( + φ0 + φ 0 mplae Subsrao N N φ 0 l i Poecial de coaco da jução PN Noa: Cosidera-se como sedo a exesão correspodee à depleção a região p- pois N >>N Modelo de carga lamiar: Efeio de corpo O aumeo da esão de foe em relação ao subsrao faz alargar a região de depleção, ecurado a profudidade do caal, e porao meor será a carga oal o caal. Quer iso dizer que dimiui com o aumeo de S. dimiuição de corree é reflecida por uma aleração a esão de limiar. o + γ γ qn ε si C ( S + φ φ φ Poecial de ermi: efie-se como o poecial de coaco ere o maerial exríseco e o iríseco. N φ l i ou 6

7 Modelo do MOSE mais desevolvido écimas de ~0, ~0, a 0,5 γ + S + φ γ α + + φ + S φ α α,5 φ α para 5 M M H H cφ c 3 φ 5,9 m para 300K KP φ ( + 6φ 0kφ 3 Modelo Elecrico Região com M versão fraca φ φ M, sa M Me ( e versão moderada M < < H, M < sa H φ kq M M versão fore H, sa H iear( < Sauração µ C β ( α ( α β ( α + H H Normalmee cosideramos α α 4 7

8 Parâmeros elécricos expressos em ermos de parâmeros físicos e do processo k µ C ^ φ k 5,9 m q 300K o 34,5 µ µ 00 00cm. s C ε qε sn γ 0,68 C ( 3,45 f 00 µ m o N 6 3 o 0 cm 00 Poecial érmico: 5,9 m à emperaura ambiee KPUO.COX [OX]m Capacidade/uidade de área ε3,45x0-3 /cm (SiO [COX]/m [GMM] / N NSU dopagem do subsraco / well ε S,04x0 - /cm (Si /λ N φ µ m cm N NSU dopagem do caal em cm -3 ; φ Parâmeros elécricos expressos em ermos de parâmeros físicos e do processo ( esão de Early por uidade de λ E ε si qn λ ef + φ o comprimeo /NSU λ - M modulação da mobilidade Processo -well: E 4/µm.; Ep 7/µm. Cálculo de λ em fução do comprimeo e polarização do rasísor. N em m -3. ε si,7ε O Modelo SM MUZC ( ( + ( λ + λ λm modulação da mobilidade; λc modulação do do caal c m 6 8

9 MOSE: Modelo C v + vs + v Q S Q Q gmv + gmbvs + gdsv /r o G C G v gs C g m v gs g mb v bs g ds v ds C G C S v bs S C 7 Parâmeros C do MOSE g m g ds /r o g mb β iear β( α S γ + φ + 0, 4 g m β α Sauração λ S β ( α γ + φ + 0,4 ( g m α Normalmee cosideramos α 8 9