semicondutores: d-mosfets

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Page 1: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 1

D-MOSFETs

Não concordo com o acordo ortográfico

Page 2: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 2

BJT: Transistores bipolares de junção (Bipolar Junction Transistor)

FET: Transistores de efeito de campo (Field Effect Transistor).

JFET: Transistores de efeito de campo de junção (Junction Field Effect Transistor).

MESFET: Transistores de efeito de campo de metal semiconductor. (MEtal Semiconductor Field Effect Transistor).

MOSFET: Transistores de efeito de campo de metal-óxido-semiconductor. Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor.

BJTsPNP

NPN

FETs

JFET

MESFET

MOSFET

Canal N Canal PCanal NEnriquecimento

Deplexão Canal PCanal N

Canal PCanal N

Tipos de Transistores

Transistores MOSFETs

Page 4: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 4

Transistores de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor MOSFET

Transistores MOSFETs

O Transistor MOSFET - É o mais importante componente semicondutor fabricado actualmente. O MOSFET, que em grande parte substituiu o JFET, teve um efeito mais profundo sobre o desenvolvimento da electrónica, foi inventado por Dawon Kahng e Martin Atalla, em 1960.

Em 2009 foram fabricados cerca de 8 milhões de transistores MOSFET para cada pessoa no mundo; esse número dobrou em 2012.

Possuem elevada capacidade de integração, isto é, é possível fabrica-los nas menores dimensões alcançáveis pela tecnologia empregada.

São componentes de simples operação e possuem muitas das características eléctricas desejáveis para um transistor, especialmente para aplicações digitais.

MOSFET: Transistor de Efeito de Campo de Metal-Óxido-Semicondutor (do inglês, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor);

São transistores formados pela associação entre um condutor, um isolante óxido e semicondutores tipo p e n (um deles fortemente dopado).

Assim como o JFET, o seu princípio de funcionamento baseia-se no controlo do canal pela condução entre os terminais fonte (S) e dreno (D) através da porta de controlo (G).

Page 5: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 5

– MOSFETs Canal N

Canal P

Tipo Enriquecimento (E-MOSFET). Tipo Deplexão (D-MOSFET).

De acordo com o tipo de canal, os MOSFETs podem ser classificadas como:

Tipo Enriquecimento (E-MOSFET). Tipo Deplexão (D-MOSFET).

Transistores MOSFETs

Existem 2 tipos de MOSFETs de:MOSFETs de Deplexão (D-MOSFET):

Opera em modo de esgotamento da mesma forma que um JFET quando VGS 0. Opera em modo de Enriquecimento, como E-MOSFET quando VGS> 0.

MOSFETs de Enriquecimento (Enhancement) (E-MOSFETs): Opera em modo de Enriquecimento. ID = 0 até que VGS> VT (tensão de limiar). (=VP ou Tensão VGSoff)

Os MOSFETS de enriquecimento (E-MOSFETs), já foram objecto de estudo numa outra apresentação. Agora vamos estudar os MOSFETS de Deplexão (D-MOSFETs).

Page 6: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 6

p

n n

p

n n

GS D GS DE-MOSFET

Enriquecimento (n)D-MOSFETDeplexão (n)

D

G substrato p

S

nMOS-FETde Enriquecimento

D

G substraton

S

pMOS-FETde Enriquecimento

Formado por uma placa de metal e um semicondutor, separados por uma zona de óxido de semicondutor - por exemplo SiO2 - de uns 100 nm de espessura. Possui quatro eléctrodos:

Porta, (Gate em inglês), simbolizada com G; que se conecta á placa metálica. Fonte (Source) e Dreno (Drain), ambos simétricos, que se integram no substrato. Substrato (Body), geralmente conectado electricamente com a fonte.

D

G substratop

SnMOS-FETde Deplexão

D

G substraton

SpMOS-FETde Deplexão

MetalÓxido

Semiconductor

Metal

MOSFETS de Enriquecimento e de Deplexão – Comparação de símbolos e canais

Transistores MOSFETs

Page 7: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 7

MOSFET de Deplexão D-MOSFET - Simbologia A distinção entre os terminais do canal continua a ser feita pela conexão do substrato (SS)

a um dos terminais, que passa a ser denominado o terminal fonte (S). Em dispositivos discretos, a dissipação térmica continua a ser feita através do terminal de

Dreno (D).

G

D

S

Substrato

G

D/S

S/D

SubstratoSS

G

D

S

G

D

S

Substrato

G

D/S

S/D

SubstratoSS

G

D

S

Canal n Canal p

Transistores MOSFETs

O MOSFET tem 3 ou 4 terminais: G, D, S e B (de 'bulk' ou substrato) mas o B está normalmente ligado à fonte (Source) S. Caso tenha dissipador, é ligado ao Drain (Dreno)

Pode ser do tipo NMOS (tipo N) ou PMOS do (tipo P).É de Enriquecimento/Deplexão.

Page 8: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 8

n+

n+

Áre

a do

can

al

Substrato (corpo)

Semiconductor Tipo-p

SS(Corpo-Body )

Dreno (D)

Fonte (S)

Porta (G)

Oxide(SiO2)

MOSFET de Deplexão D-MOSFET - Estrutura

Transistores MOSFETs

Toda a estrutura é disposta sobre um substrato SC de tipo oposto ao do canal (p ou n).

Os Terminais da Fonte(S) e do Dreno (D),são ligados através de contactos metálicos ás regiões dopadas-n, ligadas pelo Canal-n.

Contactos Metálicos

A Gate (Porta)(G) está ligada à superfície de contacto de metal, mas isolada do canal-n por uma camada fina de SiO2 – Não há ligação directa entre a Gate (G) e o canal do MOSFET.

O SiO2 actua como um dieléctrico que estabelece um campo eléctrico oposto, dentro do dieléctrico, quando exposto a um campo externo aplicado.

n-channel depletion-type MOSFET

Um quarto terminal (SS),conecta o substrato a fim de também polariza-lo, que pode estar, ou não, ligado internamente á Fonte (S).

Page 9: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 9

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Funcionamento do Canal-n

Transistores MOSFETs

n+

n+

SS

D

S

G PVGS=0

VGS= 0 V

VDD

A Tensão de Gate-Source, VGS = 0 V.

A tensão VDS é aplicada entre os terminais Dreno-Source.

A atracão para o potencial positivo do Dreno pelos electrões livres do canal-n, produz uma corrente através do canal.

VGS = 0V, ID = IDSS

ID = IS = IDSS

Page 10: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 10

G P

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Funcionamento do Canal-n

Transistores MOSFETs

VGS 0 V

Se VGS é uma tensão negativa:Potencial negativo na Gate vai pressionar os

electrões na direcção do substrato tipo-p, e atrair buracos (ou lacunas) do substrato.

Recombinações electrão/lacuna vão ocorrer - reduzindo o número de electrões livres no canal-n, para a condução.

Quanto maior polarização negativa, maior taxa de recombinação.

A ID é reduzida com o aumento do polarização negativa de VGS.

Á tensão de estrangulamento do canal “pinch-off”, VP, ID = 0A.

Contactos Metálicos

Canal-n

Substrato-PSiO2

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Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 11

G

D

S

n

n

p

Opera no modo de Enriquecimento quando lhe é aplicada uma voltagem VGS positiva. Estes dispositivos são geralmente operados no modo de deplexão (esgotamento).

O D-MOSFET pode ser operado em qualquer um dos dois modos – de Deplexão (esgotamento), ou no modo de Enriquecimento - e às vezes é chamado de MOSFET de deplexão/ enriquecimento.

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Funcionamento do Canal-n

Transistores MOSFETs

Como a Gate é isolada do canal, qualquer tensão lhe pode ser aplicada, quer positiva ou negativa.

S

G

D

n

n

p

O MOSFET canal n opera no modo de Esgotamento quando lhe é aplicada uma voltagem Gate/Source VGS negativa.

Page 12: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 12

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Modo de Deplexão/Enriquecimento

Transistores MOSFETs

Modo de Esgotamento. Com uma tensão de Gate (G), as cargas negativas, repelem os electrões de condução do canal, deixando iões positivos no seu lugar. Desse modo, o canal n é empobrecido de alguns dos seus electrões, diminuindo, assim, a condutividade do canal. Quanto maior for a tensão negativa na Gate, maior será a deplexão de electrões do canal n. Á tensão VGS suficientemente negativa , VP/VT/VGSoff(*), o canal é totalmente esgotado e a corrente de Dreno é zero.

(*) Nomes equivalentes D-MOSFET schematic symbols.

Modo de Enriquecimento: Com uma tensão de Gate positiva, mais electrões de condução são atraídos para o canal, aumentando assim (melhorando) a condutividade do canal.

Page 13: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 13

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Funcionamento do Canal-n

Transistores MOSFETs

Os MOSFETs em modo de deplexão, estão sempre em condução, até que sejam levados ao corte.

(Image courtesy of Max Maxfield and techbites.com)

P-type Si

N+ poly-Si

n-type Si

P+ poly-Si

NMOS PMOS Para condução, VGS > VP.

Modo de Enriquecimento: VP > 0.

Modo de Deplexão: VP < 0.– MOSFET “ON “ quando VG=0V.

Page 14: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 14

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Funcionamento do Canal-n

Transistores MOSFETs

VGS 0 V

Se VGS é uma tensão positiva:

Com a Gate positivo, esta irá atrair electrões adicionais do substrato-p, devido à corrente fuga inversa, e estabelecer novos portadores, através das colisões entre partículas em aceleração.

A ID vai aumentar em ritmo acelerado - o utilizador deve de estar ciente de que a ID máxima suportada não seja ultrapassada.

A aplicação de VGS positivo foi aumentar o nível de portadores livres no canal (enriquecer)….

A Região de tensão de Gate positiva na curva de transferência é chamada de região de enriquecimento, enquanto que a região entre a saturação e de corte é chamada de região de deplexão.

Page 15: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 15

Assim, para um transistor NMOS de deplexão, o canal conduz, mesmo se VGS = 0!Se o valor de VGS é positivo, o canal é mais enriquecido. Isto é, os electrões livres são mais

atraídos para o canal, e aumentam a condutividade.Se o valor de VGS é negativo, os electrões livres são repelidos do canal! A condutividade do

canal é assim diminuída. Chamamos a isso fenómeno de deplexão do canal.Se o valor de VGS se tornar suficientemente negativo, todos os electrões livres do canal

serão repelidos, o canal diz-se completamente esgotado!Um canal que completamente esgotado não pode conduzir. Por outras palavras, o D-

MOSFET está no corte!

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Funcionamento do Canal-n

Transistores MOSFETs

Deste modo, o valor negativo do VGS em que o canal está completamente esgotado é a tensão de limiar VT para um dispositivo NMOS de deplexão.

Por outras palavras, para ter um canal de condução, a tensão Gate/Source VGS, deve ser maior do que a tensão de limiar VT.: VGS >VP

Tal como no dispositivo NMOS de Enriquecimento! isto significa que, para ter um canal de condução, o excesso de tensão da Gate, deve ser positivo: VGS −VP >0

Page 16: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 16

Os MOSFETs de Deplexão podem ser construídos usando uma estrutura lateral (mostrado á Esquerda), ou de uma estrutura vertical (mostrado á Direita). A estrutura lateral é mais adequada para a integração e proporciona menor capacidade e uma velocidade mais elevada, ao passo que a estrutura de suporte vertical, suporta maior tensão de ruptura, menor resistência “on”, e maior capacidade de corrente. Canal-n.

D

S SG

N+N-

G

P

N+ N+P-

S D

VERTICAL

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Características

Transistores MOSFETs

LATERAL

Ligação interna

Ligação interna

Page 17: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 17

VGS= -2 V

VGS= 0 V

VGS= -1 V

VGS= +1 V

4I SSD

-2-4 0

ID (mA)

VGS (V)-6 -5 -3 -1

VPN/2

VTNVGS=VP/2= -3 V

VGS= -4 VVGS= -5 V

0 VDS

ID (mA)

0,3VPN

2

4

1

2I SSD

SSDI 8

10,9Deplexão

Enriquecimento

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Características

Transistores MOSFETs

Curvas típicas de MOSFET Deplexão – canal n

Os D-MOSFETs, podem ser polarizados de modo a poderem funcionar em dois modos: o Modo de Esgotamento ou o Modo de Enriquecimento.

IDSS

Onde IDSS é corrente de Dreno ID, quando VGS = 0

VGS=VPN= -6V

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Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 18

4I SSD

0,3VTN

2

4

31 5

ID (mA)

VGS (V)

-1 0 2 4 6

2I SSD

SSDI8

10,9

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Características

Transistores MOSFETs

Curvas típicas de MOSFET Deplexão – canal p

8

VTP

O D-MOSFET de canal p, é semelhante ao canal n, excepto que a polaridade da tensão e indicações dos sentidos das correntes, são invertidos.

IDSS

VGS= +2 V

VGS= 0 V

VGS= +1 V

VGS= -1 V

VGS=VP/2= +3 VVGS= +4 V

VGS= +5 V0 VDS

ID (mA)

VP/2VGS=VP= +6V

Deplexão

Enriquecimento

Page 19: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 19

Descobrimos, então, que um MOSFET de Enriquecimento e um MOSFET de deplexão são precisamente idênticos em quase todos os sentidos (por exemplo, os mesmos modos, mesmas equações, os mesmos nomes de terminal).

Há apenas duas diferenças para lembrar:

1. A tensão de limiar para um dispositivo NMOS de depleção é negativa (isto é, VP <0). Enquanto a tensão de limiar para umdispositivo PMOS de depleção é positivo (isto é, VP> 0).

2. O MOSFET de deplexão tem uma ligeira diferença no símbolo.

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Características

Transistores MOSFETs

Curvas típicas de MOSFET Deplexão

Page 20: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 20

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Características

Transistores MOSFETs

Curvas típicas de MOSFET Deplexão – canal n

D-MOSFETs: Operação em Modo de Deplexão (Esgotamento)

Quando VGS = 0V, ID = IDSS.Quando VGS <0V, ID <IDSS.Quando VGS> 0V, ID> IDSS .

A fórmula utilizada para traçar a curva de transferência, é a seguinte:2

P

GSDSSD V

V1II

IDSS

Page 21: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 21

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Características

Transistores MOSFETs

Curvas típicas de MOSFET Deplexão – canal n

D-MOSFETs: Operação em Modo de Enriquecimento (Enhancement)

2

P

GSDSSD V

V1II

Neste modo, o MOSFET opera com VGS> 0V, e a corrente ID, vai acima da equação de Shockley para IDSS, a fórmula usada para traçar a curva de transferência, ainda se aplica, mas a VGS é positiva.

IDSS

Page 22: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 22

Recta de carga sobreposta às curvas do MOS: consoante o valor de VGS, assim o MOS funcionará na zona de saturação (Q) na zona de tríodo (C) no ponto entre elas (B) ou no corte (A).

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Características

Transistores MOSFETs

Curvas típicas de MOSFET Deplexão – canal n

Page 23: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 23

http://www.planetanalog.com/document.asp?doc_id=527454

MOSFET de Deplexão D-MOSFET – Características

Transistores MOSFETs

Mostrando os símbolos, arquitecturas e características fundamentais dos MOSFETs de modo de deplexão. Os dispositivos laterais são mostrados de forma simplificada. Note-se que para a maioria dos MOSFETs, o substrato ou terminal do corpo está internamente ligado ao terminal de fonte(S).

Page 24: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 24

Polarização canal n

IDSS: intersecção da curva com o eixo vertical (ID).VT: intersecção da curva com o eixo horizontal (VGS).

A curva de transferência do MOSFET tipo Deplexão, evidencia os mesmos parâmetros dos JFETs:

Esboço da Curva de Transferência Uma vez que esse dispositivo também obedece á Equação de Schockley, o esboço da

curva de transferência pode ser feito com o auxílio de uma tabela semelhante aquela do JFET:

VGS ID

0 IDSS

-0.4VP 2IDSS

0.3VP IDSS/2

0.5VP IDSS/4

VP 0 mA

Inclui um valor positivo de VGS!

MOSFET de Deplexão D-MOSFET(n) – Características

Transistores MOSFETs

JFET D-MOSFET n

Page 25: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 25

VPN

Polarização Fixa

MOSFET de Deplexão D-MOSFET(n) – Polarização

Transistores MOSFETs

Ex.: Para o nMOS tipo deplexão, determinar IDQ e VGSQ.

A determinação do ponto de operação através do método gráfico consiste simplesmente em encontrar a intersecção entre a recta de polarização (VGSQ=VGG) e a curva de transferência do dispositivo.

IDQ=0,7mA

VP

Page 26: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 26

Autopolarização

MOSFET de Deplexão D-MOSFET (n)– Polarização

Transistores MOSFETs

Ex.: Para o nMOS seguinte determinar: IDQ, VGSQ e IDQ e VGSQ.

A recta de polarização para este circuito é dada pela Equação:

D3

DSGS I102,4IRV

VPG

S

D

Um ponto dessa recta está na origem (0,0) e o segundo pode ser encontrado arbitrando-se um valor para ID ou VGS.

Arbitrando VGS=6V ID=2,5mA.

O esboço da curva de transferência pode ser feito com o auxílio da Tabela:

VGS ID

0 IDSS

-0.4VP 2IDSS

0.3VP IDSS/2

0.5VP IDSS/4

VP 0 mA

Page 27: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 27

Autopolarização

MOSFET de Deplexão D-MOSFET (n)– Polarização

Transistores MOSFETs

Ex.: Para o nMOS seguinte determinar: IDQ, VGSQ e IDQ e VGSQ.

VGS ID

0 IDSS

-0.4VP 2IDSS

0.3VP IDSS/2

0.5VP IDSS/4

VP 0 mA

Traçando curva de transferência e a reta de polarização e determinando o ponto de funcionamento (Q), temos:

IDQ = 1,7 mA VGSQ = -4,3 V

IDQ = 1,7 mA

VGSQ = -4,3 V

VDS pode ser determinado pela equação da malha de saídaVDS=VDD-ID (RD+RS) V DS = 20-1,7x10-3(6,2x103+2,4x103

VDS = 5,38V

IDSS

VP

Q

VPG

S

D

RD

RS

VDD

Page 28: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 28

Polarização por divisor de tensão

MOSFET de Deplexão D-MOSFET (n)– Polarização

Transistores MOSFETs

Ex.: Para o nMOS seguinte determinar: IDQ,VGSQ e VDS

A tensão de gate é dada pelo divisor de tensão, logo: VG = VDD x R2 / (R1+R2) = 18 x 10/(110 +10)=1,5V

VPG

S

D

VDD

RD

RS

R1

R2

A recta de polarização para este circuito é dada pela Equação: VGS = VG - RS x ID = 1,5-150 x I D

Os pontos notáveis dessa recta são: VGS=0V ID=10 mA.ID=0 VGS=1,5 V.

O esboço da curva de transferência pode ser feito com o auxílio da Tabela anterior:

VGS ID

0 IDSS

-0.4VP 2IDSS

0.3VP IDSS/2

0.5VP IDSS/4

VP 0 mA

Page 29: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 29

Polarização por divisor de tensão

MOSFET de Deplexão D-MOSFET (n) – Polarização

Transistores MOSFETs

Ex.: Para o nMOS seguinte determinar: IDQ,VGSQ e VDS

VPG

S

D

VDD

RD

RS

R1

R2

VGS ID

0 IDSS

-0.4VP 2IDSS

0.3VP IDSS/2

0.5VP IDSS/4

VP 0 mA

VGS=0V ID=10 mA.ID=0 VGS=1,5 V.

IDSS

VP

Traçando curva de transferência e a reta de polarização e determinando o ponto de operação (Q), temos:

IDQ= 7.6 mA. Q IDQ = 7,6 mA

VGSQ = +0.35V

VGSQ= +0,35VVDS pode ser determinado

pela eq. da malha de saída:VDS=VDD-ID x(RD+RS) VDS=18-7,6x103 (1,8x103+150)VDS=3,18V

Page 30: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 30

MOSFET de Deplexão D-MOSFET (n) – Polarização

Transistores MOSFETs

As semelhanças entre as curvas características de um JFET e de um MOSFET Tipo Deplexão permitem a utilização das mesmas análises para determinar a polarização de ambos.

Page 31: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 31

Polarização Simples Divisor de Tensão Divisor de Tensão com RS

Realimentação D/G Duas Fontes de Tensão Com Fonte de Corrente

MOSFET de Deplexão D-MOSFET (n) – Polarização

Transistores MOSFETs

Page 32: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 32

Funcionamento do MOSFETs

Transistores MOSFETs

Page 33: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 33

Formulário: Como amplificador

Transistores MOSFETs

Page 34: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 34

Parâmetros comuns a dispositivos NMOS e PMOSParameter description valueW Gate width of either NMOS or PMOSL Gate Length for either NMOS or PMOSLambda (l) Design parameter for scalable rules .35 micronsPMOS or NMOS minimum sized device

Smallest possible PMOS or NMOS device W = 3l 10.5m mL = 2l .75m m

Cox Gate capacitance per unit area ~2.5 fF/um2

Parâmetros específicos para dispositivos PMOS Parameter description valuemp Effective mobility of holesk’= (mp Cox)/2 -------VTP PMOS Threshold VoltageCjsw Source/drain Side wall capacitance (F/m)Cj Source/drain bottom plate capacitance Units (F/m2)

Cjswg Source/drain Side wall capacitance on drain side Units (F/m)

Cgdo Drain overlap capacitance (F/m)

Parâmetros específicos para dispositivos NMOS Parameter Description valuemn Effective mobility of electrons 446.9 cm2/V-sec k’= (mn Cox)/2 -------VTN NMOS Threshold VoltageCjsw Source/drain Side wall capacitance: (F/m)Cj Source/drain bottom plate capacitance Units (F/m2)Cjswg Source/drain Side wall capacitance on drain side: Units

(F/m)Cgdo Drain overlap capacitance (F/m)

From: http://www.mosis.org/cgi-bin/cgiwrap/umosis/swp/params/ami-c5/t3af-params.txt

Formulário: Parâmetros

Transistores MOSFETs

Page 35: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 35

Parâmetros n-MOSFET (D)

Formulário: MOSFETS Deplexão canal n

Transistores MOSFETs

Process parameter [A/V2] OXnn Ck m

LWknn .Current Gain [A/V2]

Early VoltageAV

1l

Body Effect Parameter [ V] OXa CqN /2

Oxide Capacitance [F/cm2]OX

OOXOX t

KC

Threshold Voltage ( fSBfTOTN VVV 22

Zero Potencial Current (VGS=0)2

TNn

DSS V2

I

Depletion n-MOSFET Threshold Voltage

0TNV

Page 36: Semicondutores: D-MOSFETs

Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 36

Equações n-MOSFET (D)Formulário: MOSFETS Deplexão canal n

Transistores MOSFETs

Cut-off Mode Drain current 0ID Gate to Source Voltage TNGS VV

Gate to Drain Voltage (.

Linear Mode

Linear Drain Current(VDS<1V) DSTNGSnD VVV

LWkI ).(

Triode Drain Current ]2/).[( 2DSDSTNGSnD VVVV

LWkI

Gate to Source Voltage TNGS VV

Gate to Drain Voltage TNGD VV

Saturation Mode

Drain Current 2TNGSnD VV

LWkI ).(

Drain Current with l )..().( DS2

TNGSnD V1VVL

WkI l

Gate to Source Voltage TNGS VV

Gate to Drain Voltage TNGD VV

Linear/Saturation Boundary Drain to Source Voltage TNGSDS VVV

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Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 37

Formulário: MOSFETS Deplexão canal n

Transistores MOSFETs

Parâmetros para pequenos SinaisTranscondutance [A/V] ).( TNGSnm VVg

Transcondutance [A/V] Dnm IL)(W2kg ./

Transcondutance [A/V]TNGS

Dm VV

2Ig

Transcondutance of Body [A/V] mmb gg .

Body Effect ( SBf V22 .

Gate Source Capacitance [F/cm2] ( ( OX0vOXgs CLWCLW32C

Gate Drain Capacitance [F/cm2] ( OX0vgd CLWC Source /Drain - Body Capacitance [F/cm2]

0

SB

sb0sb

VV

CC

10

SB

db0db

VV

CC

1

Maximum operating frequency [Hz] ( gdgs

mT CC2

gf

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Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 38

http://web.itu.edu.tr/~ozayan/ele222/mosfeteqs1d.pdf

Formulário: MOSFETS Deplexão canal n

Transistores MOSFETs

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Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 39

Parâmetros p-MOSFET (D)

Formulário: MOSFETS Deplexão canal p

Transistores MOSFETs

Process parameter [A/V2] OXpp Ck m

LWk pp .Current Gain

Early VoltageAV

1l

Body Effect Parameter OXd CqN /2

Oxide Capacitance OX

OOXOX t

KC

Threshold Voltage ( fSBfTOT VVV 22

Zero Potencial Current (VGS=0)2

TPp

DSS V2

I

Depletion p-MOSFET Threshold Voltage

0TPV

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Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 40

Equações p-MOSFET (D)Formulário: MOSFETS Deplexão canal p

Transistores MOSFETs

Cut-off Mode Drain current 0ID Gate to Source Voltage TPGS VV

Gate to Drain Voltage (.

Linear Mode

Linear Drain Current(|VDS|<1V) DSTPGSpD VVV

LWkI ).(

Triode Drain Current ]/).[( 2 2VVVVL

WkI DSDSTPGSpD

Gate to Source Voltage TNGS VV

Gate to Drain Voltage TNGD VV

Saturation Mode

Drain Current 2TPGSpD VV

LWkI ).(

Drain Current with l )..().( DS2

TPGSpD V1VVL

WkI l

Gate to Source Voltage TPGS VV

Gate to Drain Voltage TPGD VV

Linear/Saturation Boundary Drain to Source Voltage TPGSDS VVV

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Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 41

Formulário: MOSFETS Deplexão canal p

Transistores MOSFETs

Parâmetros para pequenos SinaisTranscondutance [A/V] ).( TPGSpm VVg

Transcondutance [A/V] Dpm IL)(W2kg ./

Transcondutance [A/V]TPGS

Dm VV

2Ig

Transcondutance of Body [A/V] mmb gg .

Body Effect ( SBf V22 .

Gate Source Capacitance [F/cm2] ( ( OX0vOXgs CLWCLW32C

Gate Drain Capacitance [F/cm2] ( OX0vgd CLWC Source /Drain - Body Capacitance [F/cm2]

0

SB

sb0sb

VV

CC

10

SB

db0db

VV

CC

1

Maximum operating frequency [Hz] ( gdgs

mT CC2

gf

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Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 42

http://web.itu.edu.tr/~ozayan/ele222/mosfeteqs1d.pdf

Formulário: MOSFETS Deplexão canal p

Transistores MOSFETs

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Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 43

Transistores MOSFETsFormulário: Tipos de MOSFETs

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Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

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Dúvidas?

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Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

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OBRIGADO PELA ATENÇÃO !...

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Semicondutores: Transistores D-MOSFETs

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 46

Bibliografias

http://wwwlasmea.univ-bpclermont.fr/Personnel/Francois.Berry/teaching/Microelectronics/composant.swf

http://www.williamson-labs.com/480_xtor.htm

http://www.powershow.com/view1/2291d5-MTc1M/Chapter_3__BJTs_Bipolar_Junction_Transistors_powerpoint_ppt_presentation

http://www.learnabout-electronics.org/Downloads/Fig316dl_bjt_operation.swf

http://www2.eng.cam.ac.uk/~dmh/ptialcd/

http://www.infoescola.com/quimica/dopagem-eletronica/

http://www.prof2000.pt/users/lpa

http://www.thorlabs.com/tutorials.cfm?tabID=31760

http://informatica.blogs.sapo.mz/671.html

http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_6.html

http://www.learnabout-electronics.org/index.php

Transístor de Efeito de Campo, Paulo Lopes, ISCTE 2003

http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_6.html

http://www.ufpi.edu.br/subsiteFiles/zurita/arquivos/files/Dispositivos_7-FET-parte-II-v1_2.pdf

http://www.ittc.ku.edu/~jstiles/312/handouts/