modelos mosfet jacobus w. swart. potencial de fermi e concentrações n e p -n-n p

Modelos MOSFET

Jacobus W. Swart

Potencial de Fermi e concentrações n e p

kT

EE

i

iF

.enn

kT

EE

i

Fi

enp

.

i

DFn n

N

q

kTln

i

AFp n

N

q

kTln

- n p

kTq

AS

FS

eNn)2(

SOXFBGB VVV

O

DI

O

SOX C

QQ

C

QV

DFFBGBOI QVVCQ )2(

SSiAD NqQ .2

VT – Tensão de Limiar Clássica

FASiO

FFBT NqC

VV .2....2.1

.2

FS .2

i

AF n

N

q

kTln

MSO

OFB C

QV

ox

oxO t

C

Diodo Controlado por Portaou MOS de 3 Terminais:

SASiD NqQ ...2

).2.(...2.1

.2 FDASiO

FDFBTB VNqC

VVV

Modelos I-V

)()( yyVVV SOXFBGB )(.2)( yVy FS

O

DI

O

SOX C

QQ

C

QyV

)(

)()](2[)( yQyVVVCyQ DFFBGBOI

)](2[.2)( yVNqyQ FSiAD

)](2[..2)](2[)( yVNqyVVVCyQ FASiFFBGBOI

Modelo de Lei Quadrática,

Shichman e Hodges ou SPICE Nível 1

)2(.2)( SBFSiAD VNqyQ

)2(..2)](2[)( SBFASiFFBGBOI VNqyVVVCyQ

)]([)( yVVVCyQ TGBOI

)(.)( ydRIydV D

dy

dxW

ydRix

0

1

1)(

nq n .

1

In

x

n Qdy

Wdxxqn

dy

W

ydR

i

0

)()(

1

InD QW

dyIydV

)(

)(ydVQWdyI InD

)(00

ydVQWdyIDSV

In

L

D

)(0

ydVQL

WI

DSV

InD

)()]()[(0

ydVyVVVCL

WI

DSV

YSTGSOnD

DSDS

TGSOnD VV

VVCL

WI ]

2)[(

)( TGSDSsat VVV

Variação de V(y)

Saturação:

2)(2 TGSOnDsat VVCL

WI

Modelo de Carga de Corpo,

Ihantola e Moll ou SPICE nível 2. )](2[..2)](2[)( yVNqyVVVCyQ FASiFFBGBOI

)(0

ydVQL

WI

DSV

InD

2

32

3)2()2(

2

3

2)

22( SBFSBFDS

O

ASiDS

DSFFBGSOnD VVV

C

NqV

VVVC

L

WI

ASi

FBGSO

O

ASiFFBGSDSsat Nq

VVC

C

NqVVV

)(2

11)2(2

2

Corrente Sub-Limiar

)1()(

' kTqV

nkTVVq

MD

DSTGS

eeIL

WI

2

'

22

2

q

kT

V

NqI

SBF

ASM

SBF Vn

221

)1.0()( ''DGSDGS IVIVS

max

1lndox

oxSi

x

t

q

kTS

ASiO

NqC

...2.1

Efeitos Secundários Importantes:

a) Variação da Mobilidade

SBBTGS VVV

)(10

b) Efeito de Polarização de Substrato

).2(.2 SBFFFBT VVV

ASiO

NqC

...2.1

Medir VT para várias polarizações de VSB

Importante para transistores em série!

c) Modulação do Comprimento

Efetivo de Canal

)1()(2

2DSTGSOnDsat VVVC

L

WI

d) Efeito de Temperatura

e) Isolação entre MOSFETs em

Circuitos Integrados

f) Manipulação Destrutiva de MOSFETs

BEox~ 2E7 V/cm

Portanto: t = 2 nm BV ~ 20 V

Temos também:

Q V

Necessitamos circuitos de proteção

OCA

QV

.

Tipos de MOSFET’s

Símbolos de MOSFET’s

Capacitâncias p/ ac e transitórios:

Capacitâncias Intrínsecas

Capacitâncias Parasitárias:a) sobreposição de porta sobre fonte e dreno

WLt

CC Sox

oxGDOGSO ..

LS = LD = difusão lateralde fonte e dreno

b) Sobreposição de porta sobre região de campo

LWt

Ccampoox

oxGBO ..

/

c) Junções de fonte e dreno:de fundo e de perímetro

Mjsw

bi

SBjswS

M

bi

SBjSSB V

VCP

V

VCAC

j

1..1.. 00

A = área da junçãoC = cap./unid.áreaM = coef. graduaçãobi

ASij V

NqC

20