Transistor efecto de campo

TRANSISTOR EFECTO DE SEMICONDUCTOR (MOSFET)

CAMPO

METAL

OXIDO

Enriquecimiento (Enhancement) o de canal inducido tipo N o P (más utilizado) Empobrecimiento, Agotamiento (Depletion), Vaciamiento o de canal permanente tipo N o P.

MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO
Metal

b
Óxido (SiO2) Región de fuente

Sustrato tipo p Región de canal Región de drenador

Fuente (S)

Compuerta (G)Metal

Drenador (D)

Oxido SiO2

Región del canal Sustrato tipo p (Cuerpo)

Cuerpo (B)

Estructura física del transistor NMOS de enriquecimiento: (a) perspectiva; (b) Sección transversal. Típico L = 1 to 10 µm, b = 2 a 500 µm, y el espesor de la capa de óxido está en el rango de 0,02 to 0,1 µm.

Capítulo 5 – FET 02 – Dispositivos Electrónicos – Mag. De Pasquale

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CONCENTRACIÓN DEPORTADORES EN EL SUSTRATO tipo p

Aplicación de tensiones al dispositivo

t t

Capítulo 5 – FET 02 – Dispositivos Electrónicos – Mag. De Pasquale

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CURVAS CARACTERÍSTICAS DE SALIDA
Tensión efectiva en la inducción de cargas negativas móviles en el canal VO = VGS – Vy – VT Con VGS – Vy es la tensión positiva total aplicada al canal en el punto y VT voltaje umbral necesario parainvertir la región p en n y formar el canal De 1 a 3 V controlado durante la fabricación. Positivo para canal n

Se forma un condensador de placas paralelas entre la compuerta y el cuerpo del MOSFET, con el óxido como dieléctrico. La carga de este condensador es, q’y = C’VO = C’(VGS – Vy – VT) cargas por unidad de superficie en y [C/m2]

C' =

ε
t

capacidad por unidad de superficie [F/m2]

q'y ( y ) =

ε
t

(V
ε
t

GS

− V y − VT ) carga por unidad de superficie a lo largo del canal en y
− V y − VT ) carga por unidad de longitud en el punto y del canal [C/m]

q" y ( y ) = b

(V

GS

y lo podemos asimilar a

dq ' y ( y ) dy

dy La corriente de electrones que el campo eléctrico anterior produce la podemos escribir como (recordar i = Anev = q”v),

Una tensiónVDS produce un campo eléctrico dado por E ( y ) = −

dV y ( y )

i = q" y vn ( y )
portadores, i =

donde

vn ( y ) =

dy = µ n E ( y ) es la velocidad de deriva de los dt

dq ' y dy = q" y v n dy dt
bµ n ε (VGS − V y − VT ) dV y dy t

Finalmente podemos escribir la corriente de drenador como,

I D = −i = q" y v n = q" y µ n E =

∫

L

0

I D dy = ∫

VDS

0

2  bµ nε VDS  (VGS − V y − VT )dV y = bµ nC VGSVDS − − VTVDS    2 t  

bµ nε V   I D = KVDS VGS − VT − DS  K = válida para VDS ≤ VGS - VT en la región óhmica 2  Lt 
Capítulo 5 – FET 02 – Dispositivos Electrónicos – Mag. De Pasquale 3

Para la párabola límite VGS – VDS = VT
2 VDS ID = K 2

VDS = VGS – VT

corriente de drenador en la región de saturación

K=

proceso [A/V2]bµ nε µ nε b b ' b = = µ nC = kn Lt t L L L

k’n parámetro de transconductancia del

CARACTERÍSTICA DE TRANSFERENCIA
La condición límite de la saturación es VGS – VDS = VT o VDS = VGS – VT, reemplazando ésta en la última ecuación tenemos la curva de transferencia dada por

ID =

K (VGS − VT )2 2

que es una parábola que se anula en VGS = VT

µn ≅ 580 cm2/Vs t = 0,02 a 0,1µm
C = 1,75fF/µm2 a 0,35 fF/µm2

ε = 3,97εo = 3,97x8,85x10-14 = 3,5x10-13 F/cm k’n = µnC = 100 µA/V2 a 20 µA/V2

Capítulo 5 – FET 02 – Dispositivos Electrónicos – Mag. De Pasquale

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TRANSCONDUCTANCIA
En la zona de saturación del MOSFET, equivalente a la zona activa del BJT, es decir en la zona lineal de las curvas características, definimos la transconductancia como

gm =

∂I D ∂VGS VDS

|Derivando la ecuación de la parábola de la característica de transferencia resulta,

g m = K (VGS − VT )
Resulta independiente de VDS y debe cumplirse que VGS > VT

CONDUCTANCIA DE SALIDA
Se la define como,

go =

∂I D ∆I D ≅ ∂V DS ∆V DS VGS = cte

|

En la zona de saturación go = 0 idealmente, se puede resolver gráficamente Tiene en realidad inclinación dada por la modulación...