Semicondutores: E-MOSFETs

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    22-Dec-2014

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Quase tudo sobre MOSFETs de enriquecimento.

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  • 1. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 1 No concordo com o acordo ortogrfico

2. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 2 BJT: Transistores bipolares de juno (Bipolar Junction Transistor) FET: Transistores de efeito de campo (Field Effect Transistor). JFET: Transistores de efeito de campo de juno (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-xido-semiconductor. Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. BJTs PNP NPN FETs JFET MESFET MOSFET Canal P Canal NEnriquecimento Deplexo Canal P Canal N Canal P Canal N Tipos de Transistores Transistores MOSFETs 3. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 3 Smbolos de Transistores Transistores MOSFETs Transistor, bipolar, NPN Transistor, bipolar, PNP Transistor, JFET, Canal-N Transistor, JFET, Canal-P Transistor, MOSFET, Canal-N, Modo Deplexo Transistor, MOSFET, Canal-N, Modo Enriquecimento Transistor, MOSFET, Canal-P, Modo Deplexo Transistor, MOSFET, Canal-P, Modo Enriquecimento 4. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 4 Enriquecimento Deplexo Enriquecimento Deplexo MOSFETS de Enriquecimento e de Deplexo Comparao de smbolos e canais Transistores MOSFETs 5. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 5 Transistores de Efeito de Campo Metal-xido-Semicondutor MOSFET Transistores MOSFETs O Transistor MOSFET - 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 electrnica, foi inventado por Dawon Kahng e Martin Atalla, em 1960. Em 2009 foram fabricados cerca de 8 milhes de transistores MOSFET para cada pessoa no mundo; esse nmero dobrou em 2012. Possuem elevada capacidade de integrao, isto , possvel fabrica-los nas menores dimenses alcanveis pela tecnologia empregada. So componentes de simples operao e possuem muitas das caractersticas elctricas desejveis para um transistor, especialmente para aplicaes digitais. MOSFET: Transistor de Efeito de Campo de Metal-xido-Semicondutor (do ingls, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor); So transistores formados pela associao entre um condutor, um isolante xido e semicondutores tipo p e n (um deles fortemente dopado). Assim como o JFET, o seu princpio de funcionamento baseia-se no controlo do canal pela conduo entre os terminais fonte (S) e dreno (D) atravs da porta de controlo (G). 6. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 6 MOSFETs Canal N Canal P Tipo Enriquecimento (E-MOSFET). Tipo Deplexo (D-MOSFET). De acordo com o tipo de canal, os MOSFETs podem ser classificadas como: Tipo Enriquecimento (E-MOSFET). Tipo Deplexo (D-MOSFET). Transistores MOSFETs 7. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 7 Canal N Canal P MOSFETS de Enriquecimento e de Deplexo Comparao de smbolos e canais G D S Tipo Enriquecimento G D S Tipo Deplexo D Tipo Enriquecimento G S G D S Tipo Deplexo Transistores MOSFETs 8. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 8 p n n p n n GS D GS D E-MOSFET Enriquecimento (n) D-MOSFET Deplexo (n) D G substrato p S nMOS-FET de Enriquecimento D G substrato n S pMOS-FET de Enriquecimento Formado por uma placa de metal e um semicondutor, separados por uma zona de xido de semicondutor - por exemplo SiO2 - de uns 100 nm de espessura. Possui quatro elctrodos: Porta, (Gate em ingls), simbolizada com G; que se conecta placa metlica. Fonte (Source) e Dreno (Drain), ambos simtricos, que se integram no substrato. Substrato (Body), geralmente conectado electricamente com a fonte. D G substrato p S nMOS-FET de Deplexo D G substrato n S pMOS-FET de Deplexo Metal xido Semiconductor Metal MOSFETS de Enriquecimento e de Deplexo Comparao de smbolos e canais Transistores MOSFETs 9. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 9 MOSFET de Enriquecimento E-MOSFET - Simbologia A distino entre os terminais do canal continua a ser feita pela conexo do substrato (SS) a um dos terminais, que passa a ser denominado o terminal fonte (S). Em dispositivos discretos, a dissipao trmica continua a ser feita atravs 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 est normalmente ligado fonte (Source) S. Caso tenha dissipador, ligado ao Drain (Dreno) Pode ser do tipo NMOS (tipo N) ou PMOS do (tipo P). 10. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 10 Transistores MOSFETs Encapsulamentos. 11. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 11 O MOSFET de enriquecimento fabricado sobre um substrato tipo p, onde so criadas duas regies fortemente dopadas tipo n (Fonte S e Dreno D). Uma fina camada de dixido de silcio (isolante) crescida sobre a superfcie do substrato, cobrindo a rea entre as regies da Fonte e Dreno. So feitos contactos de metal para as regies da Fonte, Dreno, Porta e Corpo. Semiconductor Tipo-p Substrato (corpo) (SS )Corpo(Body) n+ n+ Oxide (SiO2) Source (S) Gate (G) Drain (D) Metal rea do canal MOSFET Enriquecimento O canal no existe e tem de ser criado -> VT> 0 Transistores MOSFETs MOSFET de enriquecimento- E- MOSFET (n) Estrutura 12. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 12 n+ n+Canal L Metal Gate(G)Source(S) Drain (D) Substrato tipo P (Corpo) xido (SiO2) D G S xido (SiO2) Metal Regio Drain Canal Regio Source Estrutura fsica de um transistor MOSFET canal N enriquecimento: Dimenses tpicas L = 0.1 a 3 mm, W = 0.2 a 100 mm, e a espessura do xido (Tox) na ordem de 2 a 50nm. L = 0.1 to 3 mm W = 0.2 to 100 mm Tox= 2 to 50 nm Transistores MOSFETs MOSFET de enriquecimento- E- MOSFET (n) Estrutura 13. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 13 GS D P- N+ N+ DS G + P- Substrato N+ N+ SiO2 Contactos metlicos Metal Metal xido Semiconductor Smbolo MOSFET de enriquecimento (acumulao) de canal N. G D S Substrato Transistores MOSFETs MOSFET de enriquecimento- E- MOSFET (n) Estrutura 14. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 14 + Consideremos um MOSFET canal n, tipo Enriquecimento (ou intensificao), com o substrato (SS) conectado fonte (S), polarizado por uma tenso VDS (entre D e S) e outra VGS (entre G e S). + n+n Como no existe um canal condutor entre as regies dos terminais S e D, o que prevalece so duas junes pn inversamente polarizadas. A resistncia entre D e S da ordem de 1012 . A corrente no canal desprezvel (da ordem de pA a nA). Transistores MOSFETs Criao do Canal entre Dreno (D) e Fonte (S) + + + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Regio de deplexo do substrato - - -- - - - -- - - - -- - - - -- - - - -- - - - -- - Ov MOSFET de enriquecimento- E- MOSFET (n) - Caracteristicas Anlise para VGS = 0V e VDS 0V 15. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 15 + Transistores MOSFETs Criao do Canal entre Dreno (D) e Fonte (S) n+ n+ Etapa # 1: A tenso positiva VGS, aplicada ao terminal de Porta (G), causando um acumular de cargas positivas ao longo do elctrodo de metal. Etapa # 2: Este acumular de cargas positivas, faz com que as lacunas livres do substrato p, por debaixo do elctrodo da Porta (G), sejam repelidas da regio. VGS + Ov MOSFET de enriquecimento- E- MOSFET (n) - Caracteristicas Anlise para VGS 0V e VDS 0V 16. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 16 +VGS + n+ n+ Transistores MOSFETs Criao do Canal entre Dreno (D) e Fonte (S) Etapa # 3: Como resultado desta "migrao, aparecem cargas negativas, antes neutralizadas pelas lacunas livres. Etapa # 4: A tenso positiva da Porta (G) tambm atrai electres das regies n + do Dreno- Fonte, para o canal. Ov MOSFET de enriquecimento- E- MOSFET (n) - Caracteristicas Anlise para VGS 0V e VDS 0V 17. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 17 +VGS + n+ n+ Transistores MOSFETs Criao do Canal entre Dreno (D) e Fonte (S) Etapa # 5: Logo que atingido um nmero suficiente destes electres, criada uma regio n,. entre o Dreno (D) e a Fonte (S) Etapa # 6: Este canal recm formado, fornece um caminho para a corrente fluir entre o Drene e a Fonte. Este canal induzido, tambm conhecido por camada de inverso Ov O valor de VGS mnimo para a formao de canal chamado de tenso de limiar (Threshold) e representada por VT. Para um MOSFET canal n, VT positivo e tipicamente est dentro da faixa de 1 a 3 V. MOSFET de enriquecimento- E- MOSFET (n) - Caracteristicas Anlise para VGS 0V e VDS 0V 18. Semicondutores: Transistores E-MOSFETs 14-05-2014 Por : Lus Timteo 18 Voltagem limiar (VT) o menor valor de vGS necessrio para formar um canal condutor entre o Dreno (D) e a Fonte (S). Tipicamente entre 0.3 e 0.6Vdc. Efeito de Campo-E Quando uma tenso positiva vGS aplicada, desenvolve-se um campo elctrico entre o elctrodo da Porta (G) e o canal n induzido - sendo a condutividade deste canal afectada pela intensidade deste campo. A camada de xido SiO2 actua como dielctrico Overdrive voltage/Efectiva (VOV) a diferena entre a vGS aplicada e Vt. Capacitncia do xido (Cox) a capacitncia da placa paralela do condensador por unidade de rea da Porta(G) (F/m2). positiva para MOSFETs Tipo- n, e negativa para os do tipo -p Transistores MOSFETs Criao do Canal entre Dreno (D) e Fonte (S) TGSOV VVV OX OX OX t C Em F/m2 ox permitividade do SiO2 = 3.45E-11(F/m) tox a espessura da camada de SiO2 . MOSFET de enriquecimento- E- MOSFET (n) - Caracteristicas 19. Semicondu