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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