Appunti di Elettronica generale - Parte XI

Appunti Elettronica Generale:

Libro Circuiti per la Microelettronica

di Sedra Smith

Parte XI

Essi abbiamo creato un interruttore controllato.

Mostra risulta un dispositivo simmetrico rispetto ai terminali di source e drain, di fatto osservando i due terminali, quello di source e quello di drain, fisicamente non c'e alcuna differenza, cio significa che invertendo la posizione delle due regioni, nuova cambia il segno del dispositivo, conseguentemente il terminale di source e quello a potenziale piu basso.

Dimensioni geometriche: - W = larghezza di canale - L = lunghezza di canale = distanza tra le regioni - tox = spessore isolante

Studio del dispositivo

Supponiamo di collegare al rivelamento di massa il terminale di source, quello di body e quello di drain, e supponiamo di applicare una certa tensione sul terminale di gate, VGS = VG - VS. Diremo di transitare tra due stati: considerando per un certo grado corrente tra i terminali, e laddove il canale si associa ai bistoni sommari il pot. del terminale in irradiazione del segno positivo. Ora se VGS < Vth il canale di tipo n non si forma, non ci puo essere conduzione tra le regioni di source e drain. Se applichiamo VGS > Vth si viene a creare un canale di tipo n possibile facendo si viene a creare un canale regione di tipo n cio significa che se applichiamo un potenziale al terminale di drain passera corrente (term. di source pot. minore e drain pot. maggiore). Questa entra nel drain, passa per il canale ed esce dal source, cioe ID = IS.

Abbattendo di andare nel canale: Se VGS < Vth non c'e canale Se VGS > Vth si crea canale -> funzione condensatore con una certa carica CGATE

Vov = tensione di sovraesercizio Vov = VGS - Vth.

Cgate = Eox WL/tox = Cox WL, con Cox = Eox/tox. Questo valore Cox come la capacita di gate per unita di area.

La quantita di carica degli elettroni nel canale: Q = Eox WL * Vov

Applichiamo la corrente: applicando potenziale al terminale di drain porta una circolazione di corrente ID tra il drain ed il source attraverso il canale; siccome il potenziale sul drain genera moto elettrico che mettendo in movimento gli elettroni genera corrente ID.

In un MOSFET in conduzione stazionaria la Q tot

Poiche nel conduttore la correnza stazionaria non crea corrente perche solo il flusso di carica.

Terminale fondamentale

Funzione da conduttore nel canale in SOI e cosi il campo elettrico non determina intensita

Quantita totale di carica

Q = q n A L

densita degli elettroni

Q/L = q n A

Q/L = C ox W v ov

poiche Q = C ox W L v ov

il canale totale nel canale per unita di lunghezza.

velocita di drift

v drift = - mu n E = - mu n v DS/L

diss. di potenziale al capi del canale di lunghezza L dato che E cost. E = V/L

iD = (mu n Cox W/L v ov) v DS

resistenza elettronica da v ov

Questa espressione ci implica che c e una proporzionalita diretta tra iD e vDS. E tale espressione sottende una conduttanza d ingresso e una resistenza, che risulta dipendere dalla tensione di gate e quindi dalla quantita di carica elet nel canale.

Tale espressione puo essere riscritta, con l introduzione di alcune definizioni:

• k'n = mu n Cox (A/V²) trasconduttanza di processo
• W/L fattore di forma del MOSFET
• kn = k'n W/L trasconduttanza del MOSFET

=> iD = (kn v ov) vDS = gDS vDS

gDS = kn v ov

termine di conduttanza

CARATTERISTICA DEL MOSFET

gDS = kn v ov = kn(vGS - Vth) iD = gDS vDS

sono rette.

dipende dalla tensione VGS e quindi da Vov = VGS - Vth.

Quando la tensione VGS supera la soglia il MOS.

VGS < Vth -> il MOSFET non conduce, iD = 0

Nelle valutazioni fatte finora non si e' tenuto conto che la carica non e' continua lungo il canale, ma diminuisce dalla tensione di over drive lungo il canale stesso. Tenendo presente che la tensione lungo il canale cresce/varia punto x punto, e a semplificita' la considereremo in maniera differenziale, abbiamo il terminale di source a massa e quello di drain con il ret. tds!

- V_term (0) = 0 perche' io ho source a massa. - V_term (L) = V_DS.

L'effetto e' che, avendo la quantita' di carica che c'e' nel canale dipendera' dalla differenza di potenziale che c'e' tra l'elettrodo superiore (gate) e canale del canale terminale, o tensione di overdrive calcolata, a dir del precedente, quel pot. del canale era stato messo a massa, nel seguente modo:

V_ov = V_G - V_term(x) - V_t

tale espressione determina la quantita' di carica punto punto nel canale.

V_ov = V_G - V_DS - V_t

Se vogliamo dire che applicata una tensione V_DS, essa rimuove la tensione di overdrive, vale la pena in prossimita' del drain si puo' vedere che la concentrazione della carica stessa diminuisce sempre di piu' man mano giunti alla parte del drain e la corrente che corrisponde al centro del canale allora la corrente i_D prima, dopo

i_D = K_n   W/L   V_ov   V_DS   => i_D = K_n   W/L   (V_ov - V_DS/2)   V_DS

i_D = K_n   W/L   [(V_GS - V_th)V_DS - V_DS²/2]

V_GS = V_th + V_OV

per piccole V_DS la caratteristica e' lineare + aumentando V_DS la carica nel canale tende a ridursi verso il drain e il dispositivo tende ad essere meno conduttivo, cioe' la resistenza nel canale aumenta. + comportamento lineare in un primo tratto della tensione - resistenza (linea rossa)

eauzzzazione di strozzamento : pinch-off.

piu aumentiamo VDS, piu vediamo aumenta di sua pendenza, piu a quando non raggiunge in corrispondenza del drain la tensione di soglia.

quando VGS = VOV

il canale si strozza in prossimita del drain = pinch-off.

quando in VGS si aumenta piu tensione di soglia, la tensione di overdrive si porta a zero -> il canale, come si e chiude, si strozza, il canale si spegne in prossimita del drain.

di fatto in prossimita del drain, la tensione VDS che e quella tra gate e drain, determinate la tensione di overdrive vicino al drain, risulta essere uguale a quella di soglia, e x come e definita fa si che la tensione di overdrive sia nulla.

Se aumentiamo VDS > VOV, quindi oltre alla condizione di pinch-off.

il punto di strozzamento si sposta leggermente a sinistra, perche la V viene diventa piu grande della tensione di overdrive, e quindi si puo fuori al canale, per arrivare al terminale di drain.

poiche la tensione per arrivare al terminale di drain esce dal canale, in una regione dove la densita risultera diversa poiche nel tratto AL ci sono resistenze parassite ancora disolvi alla conduzione, allora il campo elettrico e molto grande in tale regione AL, ora essendo il potenziale l'integrale del campo elettrico ne risulta che esso (il VDS) e una grande derivata, e cio ci fa capire anche che se la tensione sale leggermente nel tratto AL, esso necessariamente risulta essere piccolo.

quindi se trascuriamo AL, la corrente ID resta la stessa di prima, quando VDS = VOV. all'aumentare di VDS la corrente ID rimane costante.

VDS = VOV = VGS - Vth

soglia di pinch-off.

VDS < VOV regione triode

VDS > VOV regione pinch-off