Tema 6: Transistores FET. Contenidos 6.1 Introducción 6.2 Clasificación 6.3 MOSFET 6.4 FET de Puerta de Unión 6.5 Efectos de Segundo Orden

Transcripción

1 Tema 6: Trasistores FET. Coteidos 6.1 troducció 6. Clasificació 6.3 MOFET 6.4 FET de uerta de Uió 6.5 Efectos de egudo Orde 1

2 6.1 troducció Field Effect Trasistor, FET Trasistores de Efecto Camo Es ua familia formada or diferetes tios de trasistores u ricial característica: La modulació de la itesidad del disositivo e fució del camo eléctrico, ε alicado (E los trasistores biolares el cotrol de la itesidad C es a través de ) etajas frete a los trasistores biolares: - Ruido + medacia de Etrada, Z i. - Área + Facilidad de fabricació e itegració esvetajas frete a los trasistores biolares: - A

3 6. Clasificació FET e uerta Aislada, MOFET e uerta de Uió JFET Eriquecimieto elexió MEFET JFET Caal, NMO Caal, MO Caal, NMO Caal, MO N MEFET NFET FET 3

4 6.3 MOFET MOFET caal eriquecimieto (NMO de eriquecimieto) N+ W N+ L MO Metal olisilicio (ates Metal) Oxido (aislate) io emicoductor i, UTRA gate, uerta drai, dreador source, fuete bulk, sustrato isositivo de 4 Termiales = 0 (uerta Aislada) Tamaños geométricos: W Acho del Trasistor L Logitud del Trasistor 4

5 NMO de eriquecimieto U =0 N + N+ Los diodos o deseados, siemre debe de estar olarizados e iversa No existe osible camio de coducció ara los electroes etre el dreador y la fuete UTRA = 0 E geeral, esta situació ocurre si < Tesió umbral del Trasistor 5

6 NMO de eriquecimieto Qué ocurre si >? N + N+ e - e - e - e - U Zoa Lieal u Ohmica del Trasistor NMO > or defiició los e- se mueve de la fuete al dreador Observemos que la tesió > 0!! Esta es la característica ricial de u NMO de eriquecimieto or lo tato: 0 erá la tesió alicada la que os diga qué es la fuete y qué el dreador 6

7 Ecuacioes - del Trasistor NMO de eriquecimieto A artir de ahora y ara simlificar el estudio (y como ocurre ormalmete) la fuete y el sustrato estará cortocircuitados, = La carga libre que hay e el caal es: Q C Q 0 Cox ox t ox ox ( ) i [F/m ] ε ox Cte. dieléctrica del medio (io ) t ox Esesor del óxido J i ahora > 0 Q C ( ) A q q ; rof caal Q rof W caal Aq ox Q W Q W es la tesió e cada uto del caal d dy 7

8 Ecuacioes - del Trasistor NMO de eriquecimieto L QW dy 0 0 d dy C L ox W ( WC ox ( ) 0 ) d de dode odemos obteer la exresió fial de la itesidad: C ox W L k ( ' C C ox ox W L ) k Trascoductacia del roceso β Trascoductacia del disositivo W/L Razó de Asecto ( ) Ecuació de la Zoal Lieal del Trasistor NMO 8

9 Ecuacioes - del Trasistor NMO de eriquecimieto Es ua ecuació arabólica que alcaza u máximo ara u determiado = 0 E el máximo estamos e el uto de ich-off Qué está ocurriedo físicamete?: E el laboratorio sólo observamos la arte de la izquierda A 300A ich-off 00A 100A 0A

10 Ecuacioes - del Trasistor NMO de eriquecimieto i ahora < : ara calcular la e esta zoa, basta co derivar la exresió que ya coocemos co resecto e igualar a ( ) Zoa de aturació del Trasistor NMO La itesidad e esta regió o es 0 debido al gra camo eléctrico desde el uto de ich-off hasta el dreador 10

11 Cuadro de Ecuacioes - del Trasistor NMO de eriquecimieto Zoa de Corte Corte 0 io + + Zoa Lieal u Ohmica ( ) Ohmica io + + Zoa de aturació ( ) io

12 Curvas del Trasistor NMO de eriquecimieto 1

13 N NMO de delexió N E el roio roceso de fabricació se realiza ua zoa que ue y. ifusió hecha durate el roceso de fabricació Así, co ua tesió =0 ya existe caal Co = 0 existe regioes de delexió, ero aú existe u camio de coducció etre y ero si (egativa) etoces las regioes de delexió se solaa y o existe camio de coducció ( = 0) 13

14 NMO de delexió N + N+ ifusió hecha durate el roceso de fabricació Coclusió: El trasistor NMO de delexió fucioa exactamete igual que uo de eriquecimieto salvo que < 0 Las ecuacioes y zoas de oeració so las mismas (ma) 40 U () Ya hay caal formado U () () 14

15 MOFET de caal (MO) de eriquecimieto ímbolo + io + < 0 MOFET de caal (MO) de delexió ímbolo + + > 0 15

16 Cuadro de Ecuacioes - del Trasistor MO Zoa de Corte 0 Zoa Lieal u Ohmica ( Zoa aturació ) k ' k C ' W L ox + + Corte Ohmica aturació + + ( ) + + Regla Nemotécica NMO MO 16

17 6.4 JFET JFET Trasistor de efecto camo co uerta de uió (Juctio Field Effect Trasistor) MEFET, Metal-C-FET Existe tios JFET 17

18 MEFET + + Este disositivo arovecha la alta movilidad del Asa velocidad esidad de itegració meor La y el forma u diodo chottky (metal-), de forma que si está olarizada e iversa, bajo la uerta se crea ua regió de delexió. Esta regió de delexió modula la corriete que circula etre y Así, si <, el caal etre las regioes + o tedrá ortadores libres = 0 < 0 ara que la estructura fucioe correctamete el diodo chottky debe estar olarizado e iversa = 0 18

19 Cuadro de ecuacioes - del trasistor MEFET Zoa de Corte 0 Zoa Lieal u Ohmica ( ) tah Zoa de aturació ( ) tah 19

20 MEFET El arámetro α aarece debido a que e el Asa la movilidad o es costate sio que: μ = μ(ε) 0.3: El diodo chottky tiee ua d ~ 0.6. Así si < 0.6 =0 ara calcular el uto de oeració utilizaremos aroximacioes sucesivas: 1. Tomamos tah(α ) ~ 1. Resolvemos la ecuació, ecotrado 3. olvemos a calcular tah(α ).. E circuitos digitales, a veces se olariza e directo el diodo chottky = (, ) 0

21 JFET de Caal y N N N Caal N Caal 1

22 JFET de Caal, NFET Uió olarizada iversamete Caal e forma ua zoa de vaciamieto libre de ortadores de carga La secció del caal deede de la tesió U N Zoa de de aciamieto trasició i se itroduce ua cierta tesió la corriete or el caal deederá de

23 JFET de Caal, NFET (baja) U (baja) U El caal se estrecha U N U (baja) Etre y se tiee ua resistecia que varía e fució de 3

24 JFET de Caal, NFET U +U U =0. U =-1. U 1 U U N =-. U U El acho del caal deede tambié de la tesió asado u límite la corriete deja de crecer co Eso ocurre cuado se estragula el caal or el lado del dreador = Tesió de ich-off La tesió es equivalete a la de u MOFET ara u NFET < 0 y ara u FET > 0 4

25 Cuadro de ecuacioes - del trasistor NFET Zoa de Corte 0 Zoa Lieal u Ohmica ( ) Zoa de aturació ( ) W 4 L 3t N i ε i ermitividad del ilicio W, L, t acho, largo y esesor del caal 5

26 JFET de Caal, FET U +U U =0. N N U =-1. U 1 U U =-. U U 6

27 Cuadro de ecuacioes - del trasistor FET Zoa de Corte 0 Zoa Lieal u Ohmica ( ) Zoa de aturació ( ) W L 4 3t N i A ε i ermitividad del ilicio W, L, t acho, largo y esesor del caal 7

28 A veces, los fabricates esecifica de forma idirecta el valor de β, utilizado el arámetro. AT 0 (NFET) 8

29 Resistecia cotrolada or tesió e u FET i e u trasistor FET o MOFET cualquiera (suogamos u NFET) oerado e su Zoa Lieal hacemos ( ) 1 r 1 r O ( ) r r O Resistecia de alida r r O 1 ( ) 9

30 6.5 Efectos de egudo orde a) Efecto ustrato + + Hasta ahora hemos estudiado las ecuacioes co y cortocircuitados ero, qué sucede si o lo está? T La tesió umbral,, cambia: F F F otecial de Fermi, usualmete 0.3 Coeficiete de efecto sustrato, usualmete 0.3 1/ 30

31 6.5 Efectos de egudo orde b) Efecto Early o Modulació del Caal E aturació, el caal se corta ates de llegar al reador L~ L + + L L Las curvas de itesidad e zoa de aturació tiee ua ligera icliació hacia arriba Ese feómeo se uede modelar e las ecuacioes de saturació de la siguiete forma: ( ) 1 A A Tesió Early, usualmete etre 0 y 100 Tambié se defie: 1 A Factor de Modulació del Caal ( ) ; ro A A r r r O A 31

32 6.5 Efectos de egudo orde c) Tesió de Rutura Haciedo i < Z se roduce la rutura del diodo comieza a circular itesidad or avalacha + + Tesió de rutura or avalacha 3

33 6.5 Efectos de egudo orde d) Efectos de la Temeratura T ( T) ( ) T a( T T T O O ); 3/ a m /º K Hidalgo Lóez, José A.; Ferádez Ramos Raquel; Romero áchez, Jorge (014). Electróica. OCW-Uiversidad de Málaga. htt://ocw.uma.es. ajo licecia Creative Commos Attributio- NoCommercial-hare-Alike 3.0 ai 33