El Transistor MOS: Estructura Física y Modelos de Circuito

Transcripción

1 El Transistor MOS: Estructura Física y Modelos de ircuito B.1-1 Estructura del Transistor NMOS Transistor NMOS de enriquecimiento: B.1-1

2 aracterísticas físicas Transistor NMOS ox Leff L LD, ox t ox B.1-3 Transistor NMOS Layout B.1-4

3 Transistor NMOS Layout B.1-5 Transistor NMOS Layout B.1-6 3

4 Transistor NMOS Layout Active N-select P-select Metal 1 Poly G B S D B.1-7 Layout simplificado Transistor NMOS B.1-8 4

5 Tensión Umbral Intrínseca: TN0 Formación del canal: GS = TN0 ( SB =0). + TN 0 FBN F F KT q q N N ln n si A SUB i ASUB ox F B.1-9 Tensión Umbral Generalizada: TN Efecto substrato (body): TN TN 0 n F SB F SB n q N si A SUB ox B

6 Modelo de Gran Señal: Región Lineal anal formado en toda la superficie B S G D ID D G D I D + B S D p+ n+ n+ G DS Substrato - P + GS S B SB SB GS TN GS TN DS B.1-11 aracterísticas I-: Región Lineal Modelo Idealizado: I D Región Lineal GS GS1 GS3 GS4 GS5 GS6 GS TN GS TN DS W ID nox GS TN DS L 1 W I max L D n ox GS TN DS DS B.1-1 6

7 aracterísticas I-: Región Lineal Resistencia controlada por tensión: GS TN GS TN DS I D Región Lineal GS6 GS5 GS4 I D R W I L on D n ox GS TN DS I DS D 1 W L n ox GS TN GS3 DS GS DS B.1-13 Modelo de Gran Señal: Región de Saturación anal parcialmente formado en la superficie: B S G D ID D G D I D + B S D p+ n+ n+ G DS Substrato - P + GS S B SB SB GS TN DS GS TN B

8 aracterísticas I-: Región de Saturación Modelo Idealizado: I D GS6 Región Lineal Región de Saturación GS5 GS TN GS TN DS GS4 GS3 GS GS1 DS 1 W I L D n ox GS TN B.1-15 aracterísticas I-: Región de Saturación Modulación de la longitud del canal: I D Región Región de Lineal Saturación GS6 GS5 GS4 GS3 GS GS TN GS TN DS GS1 DS 1 W I L 1 D n ox GS TN n DS B

9 Modelo de Pequeña Señal en Baja Frecuencia Transistor NMOS polarizado, sometido a variaciones de tensión de pequeña señal B.1-17 Modelo de Pequeña Señal en Baja Frecuencia Aproximación de las variaciones de corriente: I DS gmgs gmbbs gdsds Transconductancia: g m I I DS GS BS, DS Transconductancia de substrato: g mb I DS BS GS, DS onductancia drenador-fuente: g ds I DS DS GS, BS B

10 Modelo de Pequeña Señal en Baja Frecuencia ircuito equivalente: I DS gmgs gmbbs gdsds i g v g v g v r g 1 d m gs mb bs ds ds o ds B.1-19 Parámetros de Pequeña Señal en Saturación Transconductancia: I I W g I 1 D m n ox D n DS GS L Modelo idealizado: W g I L m n ox D B

11 Parámetros de Pequeña Señal en Saturación onductancia de salida: 1 I D 1 W ds o n ox GS TH n n D DS L g r I Transconductancia de substrato: g I I D n gm g mb n m BS F SB B.1-1 Modelo de Pequeña Señal en Alta Frecuencia ircuito equivalente B.1-11

12 Modelo de Pequeña Señal en Alta Frecuencia apacidades en G: Región de corte: L gb g( eff ) eff gbo W L g ( eff ) ox eff eff W gs eff gso W gd eff gdo Región lineal: L gb eff gbo Región de saturación L gb eff gbo W g( eff ) gs eff gso g( eff ) gs eff gso W g( eff ) gd eff gdo W gd Weffgdo 3 B.1-3 Modelo de Pequeña Señal en Alta Frecuencia apacidades en S y D: A j S jsw PS 1 j 1 SB B SB B sb m m jsw A P 1 j 1 j D jsw D db m m DB B DB B jsw B.1-4 1

13 Transistor PMOS Estructura física y símbolo de circuito. Tensión umbral negativa: Tensiones de polarización negativas: TP 0, 0, 0, 0 SB GS DS B.1-5 Transistor PMOS Layout B

14 Transistor PMOS Layout B.1-7 Transistor PMOS Layout B

15 Transistor PMOS Layout B.1-9 Layout simplificado Transistor PMOS B

16 Transistor PMOS: Tensión Umbral Tensión umbral intrínseca: TP0. TP 0 FBP F q N si D( SUB) F ox KT ND( SUB) F ln q ni Tensión umbral generalizada: efecto body. 0 TP TP p F SB F p q N si D SUB ox B.1-31 Transistor PMOS: Modelo de Gran señal Modelo idealizado en la región lineal:, GS TP GS TP DS W 1 I L D p ox GS TP DS DS B

17 Transistor PMOS: Modelo de Gran señal Modelo idealizado en la región de saturación:, GS TP GS TP DS 1 W I L D p ox GS TP B.1-33 Transistor PMOS: Modelo de Gran señal Modulación de la longitud del canal en saturación:, GS TP GS TP DS 1 W I L 1 D p ox GS TP p DS B

18 Modelo de Pequeña Señal en Saturación Transconductancia (g m ): g W I 1 L m p ox D p DS Modelo idealizado: W g I L m p ox D B.1-35 Modelo de Pequeña Señal en Saturación onductancia de salida (g o ): 1 1 W g r I L ds o p ox GS TP p p D Transconductancia de efecto substrato (g mbs ) : g p gm g mb p m F SB B

19 ircuito Equivalente de Pequeña Señal en LF Inclusión del efecto substrato: Modelo simplificado: B.1-37 ircuito Equivalente de Pequeña Señal en HF Inclusión del efecto substrato: B