pasivos

Análisis del efecto DIBL en la ganancia del amplificador intrínseco basado en el modelo Charge sheet
1. Análisis del efecto DIBL en la ganancia del amplificador intrínseco basado en el modelo Charge sheet
a. I – Introducción
i. 1.1 Canal corto e inversión débil
ii. 1.2 ¿Qué es y a qué se debe el efecto DIBL?
iii. 1.3 Modelo matemático a estudiar
b. II - Modelo lineal con 1/L
c. III -Modelo lineal con 1/P(L)
d. IV - Análisis comparativo de resultados
i. Ganancia del amplificador intrínseco
e. V - Conclusiones
f. VI - Nota final
g. VII - Referencias



I – Introducción
1.1 Canal corto e inversión débil
La creciente demanda de dispositivos portátiles de larga vida útil y alto nivel de desempeño, junto a la necesidad de diseños de bajo consumo de energía (porejemplo dispositivos médicos implantables, en el campo analógico, o microprocesadores de pequeñas dimensiones que realizan miles de millones de operaciones por segundo, en el campo digital), ha encontrado un punto de investigación en la tecnología MOS de integrados. Típicamente, diseños de baja potencia implicaban un sacrificio de velocidad y rango dinámico; por el contrario, alta velocidad y altaintegración (gran cantidad de transistores) implican un incremento en la disipación de energía del circuito. Estas necesidades convergen en el diseño de circuitos integrados con transistores de pequeñas dimensiones, trabajando con bajos voltajes.
La reducción de las dimensiones del transistor, implica una disminución en la longitud del canal, acercando el source y el drain entre sí. En laconsideración tradicional de transistores de canal largo, se hacen diversas aproximaciones, de las cuales la más crucial es suponer que el campo eléctrico inducido sobre el canal es perpendicular al mismo, salvo en las cercanías al drain y source. Como consecuencia del acortamiento del canal, esta aproximación deja de ser aceptable, entrando en juego otros efectos llamados "efectos de canal corto".
Elaumento del voltaje entre Gate y Bulk (sustrato) induce una acumulación de cargas en la zona de interfase con el óxido (ver figura 1). Esta acumulación, genera una región de cargas llamada zona de inversión, dejando por debajo una región de deplexión de cargas. La figura 2 muestra la profundidad de la zona de inversión en función del voltaje Gate-Bulk; se define el Voltaje de Umbral (VT), como elvoltaje VGB de transición entre las zonas de "inversión moderada" e "inversión fuerte". En los diseños tradicionales y básicos, se trabaja principalmente con los transistores en la zona llamada de inversión fuerte. La disminución de los voltajes de funcionamiento de los transistores, para reducir el consumo de dispositivos, conducen al estudio de su funcionamiento en las otras "zonas de inversión"por debajo de VT, entre las que se distinguen las zonas de inversión débil e inversión moderada, según se ve en la figura 2. También aquí se define un voltaje de transición entre ambos niveles de inversión, representado por VM.

Figura 1 - (a) Transistor de canal largo; (b) canal de (a) con efectos de borde despreciados; (c) Transistor de canal corto; (d) canal de (c) con efectos de bordedespreciados

Figura 2 - Magnitud de la capa de inversión en función de VGB
Tanto VT como VM, dependen exclusivamente de la densidad de cargas en la zona de deplexión del sustrato. En el caso de transistores de canal largo, estos voltajes dependen principalmente de VGB, siendo despreciables los efectos de aumento de la densidad de cargas en las zonas cercanas al Drain, según los modelos tradicionalesdel MOSFET de canal largo e inversión fuerte (se considera el caso en que VSB=0V).
Como consecuencia dos grandes líneas de investigación tecnológica han convergido: el diseño de circuitos analógicos de bajo consumo, utilizando inversión débil, y el desarrollo de técnicas de fabricación de dispositivos de tamaño del orden de décimas de micras.
 
A continuación, se estudiará el efecto...