tensão tensão -"por uma" elétrico

MOSFET:
estrutura,
operação e
características
Transistores de Efeito de Campo
FET’s
Generalidades:
A intensidade da corrente através de dois
terminais (dreno e fonte) é controlada pelo
potencial aplicado a um terceiro (porta)
O controle é efetuado através de um campo
elétrico:
de junção
JFET
de um capacitor MOSFET
Simbologia e terminais do MOSFET
MOSFET DE
MOSFET DE
ENRIQUECIMENTO
DEPLEÇÃO
G
D
B
G
S
canal N
G
B
G
G: porta (gate)
S
D: dreno (drain)
canal P
S: fonte (source)
B: substrato (bulk)
D
B
S
S
canal P
D
B
canal N
D
TERMINAIS
Estrutura
+
do MOSFET
VSB
S
G
canal N
+
VGB
+
W
-
B
VDB -
D
L
n+
n+
p+
capacitor
p-
polissilício de porta
óxido SiO2
substrato
difusão de fonte
ou dreno
canal de inversão
Estrutura
+
do MOSFET
VSB
S
G
canal P
+
VGB
+
W
-
B
VDB -
D
L
p+
p+
n+
capacitor
n-
polissilício de porta
óxido SiO2
substrato
difusão de fonte
ou dreno
canal de inversão
+
S
Para polarizar reversamente
as junções:
W
D
n+
p+
L
VDB , VSB > 0 canal N
VDB , VSD < 0 canal P
VSB
+ VGB
- B
G
+ VDB -
n+
pB: terminal de referência
Preferencialmente:
VB = VSS
canal N
VB = VDD
canal P
Formação do canal de inversão
VGB > 0 e VSB = VDB = 0
VSS
VGB
+ + + + ++
- n+ -- - -- - - - n+--- - - -- ----
-
carga
descoberta
p+
pAs lacunas do substrato são
repelidas na região abaixo do
óxido
Regime de
Depleção
Formação do canal de inversão
Aumentando VGB
VSS
VGB
+
- n+ -- - -- - - - n+--- - - -- ----
p+
carga
descoberta
canal de
inversão
pElétrons são atraídos para a
superfície abaixo do óxido
Regime de
Inversão
Formação do canal de inversão
Aumentando VGB mais ainda
VSS
VGB
+
- n+ -- - -- - - - n+--- - - -- ----
p+
carga
descoberta
canal de
inversão
p-
Densidade de elétrons no canal
de inversão aumenta
Maior nível
de inversão
No regime de inversão, com VSB = 0:
VGB < VT0
inversão fraca
VGB > VT0
inversão moderada a forte
VT0 = tensão de limiar no equilíbrio (VSB = 0)
De um modo geral:
VGB < VT0 + nVSB
inversão fraca
VGB > VT0 + nVSB
inversão moderada a forte
n = fator de rampa (entre 1 e 2)
Operação com VDS > 0
MOSFET no regime de inversão forte, VDS baixo
VSS
+ VDS VGB
+
G
S
ID
B
D
- -- - -- - - - n+--- - - -- ---n+
p+
pCanal de perfil uniforme
VDB > VSB
Características de saída
MOSFET no regime de inversão forte, VDS baixo
ID
VGB3 > VGB2 > VGB1
VGB3
VGB2
VGB1
VDS
Região linear: resistência variável com tensão (VVR)
Operação com VDS > 0
MOSFET no regime de inversão forte, VDS maior
-
+ VDS
G
S
B
VGB
+
D
- n+ -- - -- - - - n+-- - - - - -- - - - - ---
p+
VDB > VSB
pA ddp entre dreno e fonte influencia a distribuição de cargas
Características de saída
MOSFET no regime de inversão forte
ID
VGB3
VGB3 > VGB2 > VGB1
VGB2
VGB1
VDS
Comportamento não linear
Operação com VDS > 0
MOSFET no regime de inversão forte, VDB > VP
-
+ VDS
VSS
VGB
+
- n+ -- - -- - - - n+-- - - - - -- - - - - --p-
VP =
p+
VP 
tensão de
“pinch-off”
VGB  VT0
n
n: entre 1 e 2
Uma parte do canal fica fracamente invertida
Operação com VDS > 0
MOSFET no regime de inversão forte, VDS > VP
-
+ VDS
VSS
VGB
+
- n+ -- - -- - - - n+-- - - - - -- - - - - --p-
VP =
p+
VP 
tensão de
“pinch-off”
VGB  VT0
n
n: entre 1 e 2
Uma parte do canal fica fracamente invertida
VCB = VP VCB = VDB >VP
Q
ID 
T
+
- - + + + +
- - - - - E- - - - -
Região estrangulada:
baixa concentração de
elétrons
elevado campo elétrico
Características de saída
MOSFET no regime de inversão forte
ID
VDB = VP
VGB3
VGB2
VGB1
A corrente satura
para VDB > VP
VDS
VGB3 > VGB2 > VGB1
Características de saída
ID
VDB = VP
região de
saturação
região triodo
VGB3
VGB2
VGB1
VDS
VGB3 > VGB2 > VGB1
Características de saída
MOSFET no regime de inversão fraca
ID
VGB3
VGB2
VGB1
4fT
A saturação independe de VGB
VDS
VGB3 > VGB2 > VGB1
Regimes de Operação: MOSFET canal N
Inversão fraca: VSB > VP = (VGB – VT0) /n
Região triodo:
VDS < 4fT ≈ 100 mV
Região de
saturação:
VDS > 4fT
Inversão forte: VSB < VP = (VGB – VT0) /n
Região triodo:
VDB < VP = (VGB – VT0) /n
Região de
saturação:
VDB > VP = (VGB – VT0) /n
Regimes de Operação: MOSFET canal P
Inversão fraca: VSB < VP = (VGB – VT0) /n
Região triodo:
VSD < 4fT ≈ 100 mV
Região de
saturação:
VSD > 4fT
Inversão forte: VSB > VP = (VGB – VT0) /n
Região triodo:
VDB > VP = (VGB – VT0) /n
Região de
saturação:
VDB < VP = (VGB – VT0) /n
Equações da Corrente de Dreno
Inversão forte: (VSB < VP)
Região triodo:
(VDB < VP)
ID  Cox

Wn
VP  VSB 2  VP  VDB 2
L 2
S
C’ox = Cox/(W.L) =
capacitância do óxido
por unidade de área
B
G
W
D
n+
p+
L
 = mobilidade efetiva
n+
p-

Equações da Corrente de Dreno
Inversão forte: (VSB < VP)
Região triodo (VDB < VP):
ID  Cox
Para VDS → 0:

W
2
n VP  VSB VDS  VDS
2
L
ID  Cox
 ID 

rds  
 VDS 

W
nVP  VSB VDS
L
1

1
W
Cox nVP  VSB 
L
região de resistência variável com tensão
Equações da Corrente de Dreno
Inversão forte: (VSB < VP)
Região de saturação (VDB > VP):
ID  Cox
Wn
VP  VSB 2
L 2
W n  VGB  VT 0

ID  Cox

V

SB 
L 2
n

2
Equações da Corrente de Dreno
Inversão fraca: (VSB > VP)
Região triodo (VDB < VP):





ID  ID0 e VP  VSB f t  e VP  VDB f t



ID  ID0e VP  VSB f t 1 e VDS f t
Região de saturação (VDB > VP):




ID  ID0e VP  VSB f t
Efeito de Corpo
O limiar de condução
depende da tensão VSB
ID
VSB = 0
VSB1
VSB2
VSB3
(curvas de transferência
em saturação)
VT0
VGB
VT0 + nVSB1
Modulação do comprimento do canal - CLM
Efeito Early
VGB
VSB
VDB
- n+ -- - -- - - - n+--- - --- ---- - --p-
Leq
VDB > VP
L
Leq: comprimento equivalente do canal
L: comprimento da região estrangulada
(aumenta ligeiramente com o aumento de VDB)
ID
VGB3
VGB2
VGB1
- VA
VA = tensão de Early
Leq 
L
VDS
1 VDS VA
VDS 

W n
Wn
2
2
VP  VSB   Cox
VP  VSB   1

ID  Cox
Leq 2
L 2
VA 
