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PSI 2223 – Introdução à EletrônicaProgramação para a Terceira Prova
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17ª Aula: O Transistor de Efeito de Campo
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
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Transistores de Efeito de Campo
(FET – Field Effect Transistors)
•MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor)
•JFET (Junction)
•MESFET (MEtal-Semiconductor)
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O Primeiro Transistor
O físico Julius Edgar Lilienfeld patenteou o transistor em 1925, descrevendo um dispositivo similar ao transistor de efeito de campo (FET). No 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.
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A patente do Primeiro Transistor (1925)
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A patente do Primeiro Transistor (1925)
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Transistor NMOSFETTransistor NMOSFET((MMetal-Oxide-Semiconductor Field etal-Oxide-Semiconductor Field
Effect Transistor, Effect Transistor, canal N, tipo canal N, tipo Enriquecimento)Enriquecimento)
S
DD
GVDS
VGS
IDS
N+ N+
P
PortaPorta(G-Gate)(G-Gate) DrenoDreno
(D-Drain)(D-Drain) FonteFonte(S-Source)(S-Source)
SubstratoSubstrato(B-Body)(B-Body)
MetalÓxido Sem.
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S
DD
GVDS
VGS
IDS
Transistor NMOSFETTransistor NMOSFET((MMetal-Oxide-Semiconductor Field etal-Oxide-Semiconductor Field
Effect Transistor, Effect Transistor, canal N, tipo canal N, tipo Enriquecimento)Enriquecimento)
N+
Metal (condutor) Óxido de porta
(isolante)
LL
WW
Fonte Dreno
xoxPorta
VDS
VGS
P
Substrato (ou Corpo)
IDS
N+
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Transistor - NMOSFET
Porta(G)
Dreno(D)
Fonte(S)
Alumínio
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Lei de MOORE(dobra a quantidade de transistores a cada 18 meses)
20102000199019801970103
104
105
106
107
108
109
1010
1011
ANOTra
nsi
store
s p
or
circ
uit
o in
teg
rad
o
1k
16k
256k
16M
1M
64M
1G
64G
80808086
68000
8048668040
Pentium
MemóriaMicroprocessador
64k
4M
256M
4G16G
4k
G4Power5
Opteron 64Pentium IV
Cell
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Transistor NMOSFET
N N
Isolante
MetalPorta (VGS)Fonte Dreno (VDS)
W
Si - P
Substrato (VB)
x
y
L
P
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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.
Nesta condição não haverá corrente fluindo em nenhum dos terminais.
Transistor NMOSFET : Região de Corte
N N
Isolante
MetalPorta (VGS)Fonte Dreno (VDS)
W
Si - P
Substrato (VB)L
P
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Lei de MOORE
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O Transistor FET moderno
Lporta = 35 nm
tox = 1.2 nm
n = Silício tensionado de 2ª geração
Ron = NiSi para baixa resistência parasita
FET tecnologia 65nm
Cox ox
tox
2)(2
1tGoxD VV
L
WCI
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Transistores de Efeito de Campo
(FET – Field Effect Transistors)
•MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor)
•JFET (Junction)
•MESFET (MEtal-Semiconductor)
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Transistor NMOSFETTransistor NMOSFET((MMetal-Oxide-Semiconductor Field Effect etal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, Transistor, canal N, tipo Enriquecimento)canal N, tipo Enriquecimento)
S
DD
GVDS
VGS
IDS
N+ N+
P
PortaPorta(G-Gate)(G-Gate)
DrenoDreno(D-Drain)(D-Drain)
FonteFonte(S-Source)(S-Source)
SubstratoSubstrato(B-Body)(B-Body)
MetalÓxido Sem.
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Transistor NMOSFET
N N
Isolante
MetalPorta (VGS)Fonte Dreno (VDS)
W
Si - P
Substrato (VB)
y
x
L
P
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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.
Nesta condição não haverá corrente fluindo em nenhum dos terminais.
Transistor NMOSFET : Região de Corte
N N
Isolante
MetalPorta (VGS)Fonte Dreno (VDS)
W
Si - P
Substrato (VB)L
P
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1: Quando a tensão aplicada na porta (VGS) for acima da tensão de limiar (Vt – Threshold voltage), será formada uma camada de inversão composta de eletrons. 2: 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.
Transistor NMOSFET : VGS > Vt (tensão de limiar)
N N
Isolante
MetalPorta (VGS
)Fonte Dreno (V DS )
W
Si - P canal invertido(eletrons)
Região de depleção
Substrato (V B )P
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Aplicando um pequeno valor de VDS
(comportamento resistivo)
N N
P
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N N
P
A operação com o Aumento
de VDS
Figura 5.5