tensão tensão -"por uma" elétrico
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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 Cox 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 Cox Para VDS → 0: W 2 n VP VSB VDS VDS 2 L ID Cox ID rds VDS W nVP VSB VDS L 1 1 W Cox nVP VSB L região de resistência variável com tensão Equações da Corrente de Dreno Inversão forte: (VSB < VP) Região de saturação (VDB > VP): ID Cox Wn VP VSB 2 L 2 W n VGB VT 0 ID Cox 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 Cox VP VSB 1 ID Cox Leq 2 L 2 VA
