Struttura del transistor n mos fet (n channel metal oxide semiconductor field effect transistor)

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Gianpiero Corona
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1 truttura el tranitor nmo fet (n channel metal oxie emiconuctor fiel effect tranitor) (ource) Elettroo conuttore L (ate) (rain) W trato iolante (io 2 ) n + P n + iunzione PN ubtrato emiconuttore i tipo P (ulk) (ulk) iunzione PN La truttura elettrooiolanteubtrato forma un conenatore

2 uperficie metallizzata (ource) (ate) trato iolante (io 2 ) (rain) Tranitor nmo n + n + n + P (ulk) iunzione PN iunzione PN ubtrato i tipo P Conenatore mo: metaloxieemiconuctor (ource) (ate) trato iolante (io 2 ) uperficie metallizzata (rain) iunzione PN Tranitor pmo n +p+ p + N ubtrato i tipo N (ulk) iunzione PN

3 V << V T n n + p Reime i accumulo e vuotamento nel tranitor nmo Accumulo Una polarizzazione neativa el ate (ripetto a ource e ubtrato) porta a un accumulo ei portatori poitivi ella reione p in un ottile trato uperficiale. Non c'e' conuzione tra ource e rain. V < V T n + n + p V T = tenione i olia (Threhol) vuotamento Una polarizzazione lievemente poitiva el ate porta alla formazione i una zona uperficiale i vuotamento priva i portatori (cariche neative fie el reticolo). Non c'e' conuzione tra ource e rain.

4 Elettroo conuttore V > V T trato iolante Canale i conuzione (Reione i inverione) Reime i inverione Formazione el canale n n n + n + p Reione i vuotamento Inverione Una polarizzazione ufficientemente poitiva (V > V T ) el ate ripetto a ubtrato e ource porta alla formazione i uno trato uperficiale i portatori neativi (minoritari nel emiconuttore i tipo p) con concentrazione in ecceo ei maioritari: localmente il emiconuttore ha ubito una inverione a tipo p a tipo n. i e' formato un canale i conuzione tra ource e rain. La tenione V T e' la tenione i olia (T = threhol): il valore minimo i tenione V a cui comincia a formari lo trato i inverione.

5 Capacita' ifferenziale el conenatore mo Analizzatore i impeenza

6 I (ma) V = 5 V 4 V 3 V V (mv) Il tranitor nmo come reitenza variabile Reione lineare Applicano una tenione tra rain e ource i ha paaio i corrente. Per tenioni V << V il canale i comporta come una reitenza (ohmica). V I Il ate i eve trovare a un potenziale poitivo ufficiente alla formazione el canale (V > V T ). Le ue iunzioni tra ource e ubtrato e tra rain e ubtrato evono rimanere contropolarizzate. V 0 + Nel tranitor nmo il ubtrato (bulk) eve eere il punto a potenziale piu' bao. V > V T + n + n + p

7 Moulazione el canale V > V T + n + n + Il ource puo' eere colleato a maa inieme al ubtrato, purche' V 0 V. p V + I V c (x) V + La tenione tra rain e ource moula la conitenza el canale. Localmente la tenione che inuce l'accumulo ella carica mobile nel canale e': V c (x) = V V T V(x) V (x) e' la tenione luno il canale, ripetto al ource, ipenente alla cauta ohmica prootta alla corrente I. I + V

8 Tranitor nmo Moulazione el canale W ource rain + ate i = n E x Q(x) I Il canale e' una ottile lamina i carica mobile tra ource e rain. opo la formazione, in oni punto i ha una enita' uperficiale i carica Q Q x =C [ V V T V x ] Il itema e' omoeneo luno l'ae y; C e' la capacita' per unita' i uperficie el conenatore atecanale. La corrente tra ource e rain e' I = n E x Q x W = n E x C [ V V T V x ] W = n C W [ V V T V x ] V x y x L canale vito all'alto e e' cotante luno tutta la lunhezza L (non c'e' corrente attravero il ate a caua ello trato iolante ne' attravero il ubtrato, eparato al canale a una reione i vuotamento). Interano u tutta la lunhezza L el canale: canale vito in ezione I = n C W L V V T V 2 V

9 aturazione el canale pinchoff Aumentano la tenione V fino al valore V = V V T il canale arriva a comparire in proimita' el rain. Pinchoff : trozzamento (el canale). In proimita' el ource: V c (0) = V V T V > V T + V + I V c (x)=v V T V(x) In proimita' el rain: V c (L) = V V T V (x) = 0 n + n + p

10 Curve caratteritiche el tranitor nmo L'equazione con K n = n C W L I = K V V V n T 2 V ecrive il comportamento el mofet nella reione lineare, cioe' per V V T V > 0. Oltre queto limite l'equazione prevee l'anamento inicato in fiura alla parabola riia. Il tranitor entra nella reione i aturazione e l'equazione non e' piu' valia. La corrente i aturazione e': I = K n 2 V V T 2 1 V Il coefficiente e' il parametro i moulazione ella lunhezza el canale (l'analoo el coefficiente i Early 1/V A nel bjt). I ma Reione lineare Confine tra reione lineare e reione i aturazione: V V T V = 0 Reione i aturazione V =5 V V + I + V V V K n = 0.25 ma/v 2 V T = 2.5 V Per V < V T non i ha formazione i canale e I = 0. Il tranitor e' pento (cutoff)

11 Curve I (V ) el tranitor nmo a arricchimento (reione i aturazione). I ma V 10V 5 V I = K n 2 V V T 2 1 V V T V V

12 i Amplificatore common ource R L V V / R L v I ma V =5 V V V

13 Moello lineare per piccoli enali per i tranitor mofet Moello lineare el mofet per corrente continua e baa frequenza. I parametri ono i piu' opportuni. f v f : conuttanza i traferimento iretto :conuttanza iucita C : capacita ' ate ource C :capacita' ate rain C b : capacita ' ource ubtrato C b : capacita' rain ubtrato C C f v C b C b b Moello lineare el mofet per alta frequenza. Al circuito in corrente continua venono aiunte le capacita' tra ource, rain e ate e le capacita' elle iunzioni PN tra ource, rain e bulk.

14 Canale i portatori n impiantato in corriponenza el ate Tranitor mofet i tipo epletion (a impoverimento) I ma epletion V 10V 5 V enhancement V T = 2.5V V T = 2.5V V V

15 Tranitor mofet complementari E' poibile realizzare tranitor mofet che hanno le meeime caratteritiche (V T, K n, ), ma oppota polarita' el canale. ono enominati tranitor mofet complementari o cmo. V + I + V mofet a canale n (nmo) V T > 0 V > 0 V > 0 I mofet a canale p (pmo) V T < 0 V < 0 V < 0 V + + V

16 Varieta' i tranitor mofet enhancement epletion nmo pmo nmo pmo ource e ulk (ubtrato) non connei internamente ource e ulk (ubtrato) connei internamente

17 Tranitor jfet (a canale n) canale i conuzione reione i vuotamento (epletion layer) I V V V V iunzione pn

18 Curve caratteritiche el tranitor jfet a canale n I ma V 20 V 10V V P = tenione i pinch off V T I = K n 2 V 2 P V V V P = 2 V I = 2 I V P 2 V V P 1 2 V V per V V P V 0 reionelineare I =I 1 V V P 2 1 V per V V V P reione i aturazione

19 Moello lineare per piccoli enali per i tranitor jfet C C C f v f : conuttanza i traferimento iretto :conuttanza iucita :conuttanza iinreo C : capacita' ate ource C :capacita' ate rain C : capacita' rain ource

20 imboli circuitali per tranitor bjt, jfet e mofet b b b b nmo pmo pmo nmo enhancement epletion n jfet p jfet npn bjt pnp bjt

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