IE733 – Prof. Jacobus4a Aula

Potenciais de Contato e

Introdução ao MOSFET.

Potencial de Contato• Metal-metal:

• Metal - M(eV)

• Ag 5.1• Al 4.1• Au 5.0• Cu 4.7• Mg 3.4• Ni 5.6• Pd 5.1• Pt 5.7

Metal-Si

MB

]2[

])([

FG

M

xFCM

xSiMbi

qE

EE

qV

onde:

i

DtFN

i

AtFP

n

N

n

N

ln

ln

2)()(

)()(

xxqN

Vx

xxqN

x

QxqNQ

nSi

Dbi

nSi

D

MnDS

Da condição de contorno,(0)=0, obtemos:

biD

Sin

nSi

Dbi

VqN

x

xqN

V

2

22

Com aplicação de tensão:

)(

!.

abij

MB

VVqqV

fixoé

kT

kTqV

nkTqV

B

aa

eTAJonde

eeJJ

2*0

0

:

)1(

Formação de contato ôhmico:a) M < S

b) Barreira estreita – Si com alta dopagem:

Nomenclatura de Tsividis:Potencial de contato: J1,J2= J1-J2, (onde =potencial)Caso J1 < J2, (onde =energia=função trabalho):

Tsivides adota o Si intínseco como referência.

Material Potencial de contato - J

Ag -0.4

Au -0.3

Cu 0.0

Ni +0.15

Al +0.6

Mg +1.35

Si-p+ -0.56

Si-n+ +0.56

Si extrín -F

Si intrín 0

Conhecendo os valores de J em relação ao Si intrínseco,Podemos calcular J1,J2 entre dois materiais quaisquer:

212,1 JJJJ

Exemplos:

• Potencial de contato de Al p/ Si-p (NA=1015 cm-3)

• Potencial de contato de Si-p (NA= 1014 cm-3) p/ Si-n (ND=1016 cm-3)

V

Vx

V

pAl

p

Al

89.0)29.0(6.0

29.01018.1

10ln0259.0

6.0

1,

10

15

1

)(

587.0353.0234.0

353.0

234.0

2,2

2

2

bi

np

n

p

V

V

V

V

Vários materiais em série:

JnJ

JnnJJJJJ

JnnJJJJJKL

1

)1(3221

),1(3,22,1

)(...)()(

...

Medida com voltímetro:

0)()( 1

,1,

JuJnKLJJu

JuJnKLJJuBC

Inserindo uma fonte de tensão:

SBC

JnJSKL

V

V

)( 1

Introdução ao Transistor MOSLilienfeld, 1928 – um homem muito à frente do seu tempo!

D. Kahng e M. Atalla, 1960 Realização Prática

CMOS = nMOS + pMOS

Algumas características:

W = WM-WL = LM-LIG 0IJR 1 pA/área mínimaem RT (aumenta ~ 2x acada 8 a 10 C)VDS < BV

Descrição Qualitativa do

MOSFET

Analogia de Dinâmica de Fluidos

MOSFET Fluídica

elétrons moléculas de H2O

corrente fluxo de água

fonte/dreno 2 tanques cheios(níveis controlados externamente)

canal superfície de um pistão

porta, VG alça do pistão

Para VGS < VT superfície do pistão > nível da fonte:

ns(elétrons) moléculas vapor

IDS fluxo H2O(por difusão)

nH2O(h) e-h Portanto:fluxo e-h

Características de MOSFET

Tensão de limiar clássica:

)2(21

2 BSFASo

FFBT VNqC

VV