Appunti di Elettronica generale - Parte XIII

Appunti Elettronica Generale:

Libro Circuiti per la Microelettronica

di Sedra Smith

Parte XIII

EFFETTO DI SOSPESO O DI BODY

E qui c'e evidente quando si cambia il potenziale di body. Potrebbe essere solo per il I'VE due diodi (giunzioni pn) siano elettrostaticamente in questo caso (quando sono nel potere di elettrostaticaazione del transistor body e che il potenziale di body risulti negativo se guardiamo tenendo a massa il terminale di source e di body potrebbe la regione p deve avere un pot + basso della regione n

=> Sul terminale di body e letto avere una tensione vab > 0

VSB = VS - VB con VB < 0 (potenziale al body).

Tale spiegazione deriva dalla regola generale secondo la quale il terminale di body deve essere a pot. il minore possibile e quindi il pot. di source non puo che essere sopra.

Ora dal momento in cui VSB aumenta, sappiamo che nelle giunzioni contro polarizzate, aumenta la regione di svuotamento => carica che si accumula (ioni negativi in n, ioni accettori in p) aumenta. Se inoltre, immaginiamo una volta fornito il segnale, appare che essendo qualitativa va comunque due situazioni fisiche il risultato avverra una relazione fase e la regione di svuotamento si allarga anche sotto il canale, aumentandone la quantita di carica nella regione di svuotamento => spiegando togliendo carica al canale cio spostando che il canale ha bisogno di una tensione piu grande x accendersi. Tale effetto body modifica la tensione di soglia ovvero la tensione di soglia Vth. In generale quindi all'aumentare di VSB deve necessariamente aumentare Vth, poiche aumenta la regione di svuotamento da pI tutto e se non ho carica a sufficienza il canale non si formera.

Vth = Vth0 + gamma [sqrt(2 phiF + VSB) - sqrt(2 phiF)]

Tensione di soglia di cui non c'e che ne ha VSB > 0

Vth0 = 0 (=> VSB = 0 => VB = VS per convenz.).

gamma, phiF sono parametri tecnologici.

2 phiF ~= 0,6V

gamma ~= 0,5 V^1/2

Sinusoi generati da MOS

• Identifichera tutti e 4 i terminali
• Vg = 0 (come solo performance per l'altro)
• La freccia ci indica il verso del flusso tra body e source di tipo n (anodo = body)

La freccia mostra il verso della corrente di drain nel dispositivo.

Body non evidenziato, quindi consideriamo la massa e/o la freccia non e presente.

MOSFET DI TIPO P (PMOS)

TALE DISPOSITIVO HA LO STESSO PRINCIPIO FISICO DEL NMOS, MA VIENE CREATO UN CANALE DI TIPO P TRA LE DUE REGIONI DI SOURCE E DI DRAIN DI TIPO P ALLINTERNO DI UN SUBSTRATO (BODY) DI TIPO N.

NEL PMOS SI APRE UNA GIUNZIONE NELLE CONDIZIONI DI BIAS PIU OPPORTUNAMENTE PER IL CORRETTO FUNZIONAMENTO DEL CIRCUITO ORA VOGLIAMO IL TERMINALE DI BODY RISPETTO ESSE IL CATODO, PER CONTROSCAMBIARSI I NEL DARI, DEVE AVERE IL POTENZIALE MASSIMO POSSIBILE, CIOE QUELLO PIU ELEVATO ALLINTERNO DEL CIRCUITO. ALLORA COLLEGO IL TERMINALE DI BODY AD ALIMENTATORE CON TENSIONE V_DD COSI DA GARANTIRE LA CONTROBIAZIONE.

ORA SE NON TENESSIMO CONTO DELL'EFFETTO BODY AVREI IL IL POT. DI SOURCE E UGUALE A QUELLO DI BODY V_SB = V_DD, E QUINDI ESSENDO GLI ALTRI TERMINALI AD UNA TENSIONE PIU BASSA, LE RELAZIONI V_SG, V_SD SARANNO POSITIVE. SENZA EFFETTO BODY PER GARANTIRE UN PMOS IL TERMINALE DI SOURCE, SARA A QUELLO A TENSIONE PIU ALTA.

(E OPPORTUNO POSIZIONARE TENSIONI POSITIVE, CIOE PRENDERE IL POT DI SOURCE E IL PIU ALTO DI TUTTI => V_SG E NON V_GS POICHE IL POT DI SOURCE E IL PIU ALTO DI TUTTI => V_SG < 0, V_GS > 0).

LA PRESENZA DI UNA TENSIONE PIU BASSA SUL TERMINALE DI GATE RISPETTO A QUELLO DI SOURCE, INDUCE UNA CARICA NEGATIVA SULL'ELETTRODO DI GATE. NEL SUBSTRATO INIZIALMENTE, PER V_SG (POSITIVA, PERCHE DEVE PORTARE LA TENSIONE SUL GATE AD ESSERE NEGATIVA) PICCOLE SI CREA UNA REGIONE DI SVUOTAMENTO, COSTITUITA DA UNA CARICA POSITIVA; ESSE RISULTA ESSERE LA CARICA RETICOLARE DEGLI IONI DONATORI + DEL SUBSTRATO DI TIPO N, MAN MANO CHE LA V_SG AUMENTA (AUMENTA LA TENSIONE NEGATIVA SUL TERMINALE DI GATE) SI INDUCE IL FENOMENO DI INVERSIONE, CIOE AVERE AUMENTARE LA CARICA + NELLA REGIONE DI SVUOTAMENTO, CONTINUANDO AD AUMENTARE CADONO E QUINDI SI CREA UNA CANALE DI CARICA POSITIVE (NELLO SPECIE PERO UNA TENSIONE SUL GATE NEGATIVA, POICHE CORRISPONDONO AD UN BIASING CHE HA UNA CARICA SULLE TENSIONE INIZIALE, E COSTRINTI SUI TUTTI DEVE ESSERE NEGATIVA).

PER ACCENDERE IL CANALE LA TENSIONE V_SG > |V_TP|, TALE TENSIONE DI SOGLIA PER UN PMOS E CONVENZIONALMENTE NEGATIVA, MA X SEMPLICITA LA CONSIDEREREMO IN MODULO COSI DA VEDERLA POSITIVA.

ORA PER FAR CIRCOLARE CORRENTE TRA I TERMINALI DI SOURCE E DI DRAIN, SE VOGLIO MANTENERE POTENZIALE DEL SOURCE = A QUELLO DEL BODY = V_DD, DEVO ABBASSARE IL POTENZIALE DAL LATO DEL DRAIN => V_SD E POSITIVA, LA TENSIONE V_D PIU BASSA DELLA TENSIONE V_S. DAL LATO DEL SOURCE IL CANALE SI APRE PERCHE PIU ELEVATA DELLA TENSIONE V_SG, PIU E ELEVATO IL POTENZIALE DEL SOURCE TANTO PIU IL CANALE SI APRE, DALL ALTRO LATO, IL PASSAGGIO MINORE DELLA TENSIONE V_DG, POICHE LA TENSIONE DEL DRAIN E PIU BASSA DELLA TENSIONE DEL SOURCE IL CANALE DEL LATO DEL DRAIN RISULTA MENO ACCESSO RISPETTO A LATO DI SOURCE.

V_S = V_DD > V_D => V_SG > V_DG

AL DIMINUIRE DI V_D, V_DG DIMINUISCE E IL CANALE SI RIDUCE DAL LATO DEL DRAIN FINO A QUANDO NON SI STRIZZA. RIPERCORRENDO LO STESSO PROCEDIMENTO DEL NMOS, OTTENIAMO:

i_D =

0

DIES. INTERDETTO | v_SG < |V_tp| | v_SD qualsiasi

K_p [ (v_SG - |V_tp|) - v_SD² / 2 ]

TRIODO | v_SG > |V_tp| | v_SD < v_SG - |V_tp|

1/2 K_p (v_SG - |V_tp|)²

SENZA EFFETTI | v_SG > |V_tp| | v_SD > v_SG - |V_tp|

K_p' = mu_p Cox

K_p = mu_p Cox W/L = K_p W/L

TRASCONDUTTANZA DI PROCESSO. DIPENDE DALLA MOBILITA' DELLE CARICHE.

A PARITA' DI DIMENSIONI GEOMETRICHE, MINORE PORTA UNA CORRENTE PIU' GRANDE DI UN PMOS.

Poiche': 2 < U_n/U_p < 3

RICORDA: MOSFET DETTI ANCHE DISPOSITIVI UNIPOLARI PERCHE' IL LORO PROPRIETA' DI CONDUZIONE, LE LORO PROPRIETA' DERIVANO DA UN UNICO TIPO DI PORTATORI NEGLI ELETTRODI, PIU' CARICHE, PROPRIO PERCHE' E' UN MECCANISMO SECONDO IL TIPO DI PORTATORE

EFFETTO BODY DI UN PMOS.

Poiche' la giunzione source-body deve essere inversamente polarizzata, il pot. di body + grande di quello di source => V_BS > 0

PER LE STESSE RAGIONI DI UN NMOS H0 BISOGNO DI UNA TENSIONE VICINA + ELEVATA.

V_tp = V_tp0 + y [ V(2phi_f + V_BS) - V2phi_f ]

V_tp0 = TENSIONE DI SOGLIA IN ASSENZA DI EFFETTO BODY.

- y E' NEGATIVO