Fondamenti di Elettronica

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µAC B B= 12 − 22 ⋅ i − 16 ⋅ i = 4,32VCE V k k VC E= − = − 3,62 negativa, ipotesi di polarizzazione attiva correttaVBC VBE VCE VSi poteva risolvere anche con Thevenin, avendo come la tensioneVeqdi partiture e la resistenza parallelo equivalente.R eqCalcolare le resistenze C ed EIl circuito è equivalente a quello dove la tensione minore è posta a zero.Prendiamo come ipotesi la polarizzazione diretta. Abbiamo che5 − ⋅ i − − ⋅ i = − 5V RC VCE REC E− ⋅ i − − ⋅ i = − 5RB VBE REB EDalla seconda equazione sostituiscoNon richiesto all’esame.2 31fi fiMartina Contestabile Ingegneria Informatica — III Anno A.A. 2022/2023i Ci = = 5 µAB βi = i + i = 505 µAE C B= 7,92 Ω = 4 ΩRE k RC ke ricavo e, quindi, dalla prima equazione ricavo . Devo veri care l’ipotesi deltransistore in zona diretta:> 0 ed è corretto.VBE ( )= −

= - ⋅ i - 5 - ⋅ i - 0,3 - 3 = - 3,3 corretto.

VBC VB VC RB V RC VB C

Processi di fabbricazione3

Per il transistore BJT npn si parte da una regione drogata, sulla quale viene fatto crescere uno strato di diossido di Si e applicato uno strato di fotoresist e una maschera. Per cercare di avere questa regione ben definita, se è chiaro il percorso che la corrente effettuerà, il substrato si differenzia dal Si intrinseco perché debolmente drogato. Il flusso delle impurità p vanno a neutralizzare la zona n e avere un eccesso di portatori di tipo p, i primi che arrivano si combinano con n. Nei processi tecnologici si parte sempre da zone a drogaggio minore, per poi andare verso zone a drogaggio maggiore. Si espone a raggi ultravioletti e la parte di fotoresist non coperta dalla maschera viene rimossa; mediante attacchi chimici viene rimosso il SiO creando varchi per esposizione al drogante.

È più difficile integrare resistenze.

Servono trecento/quattrocento resistenze che occupano tanto spazio al silicio, quindi non si riesce a fare un microprocessore, perché richiedono migliaia di transistor e resistenze, perciò non si possono avere dispositivi a larga scala d'integrazione. Per questa ragione, nasce la tecnologia MOS.

Il condensatore MOS

Per capire i transistor MOS, ci serve capire il condensatore MOS. Abbiamo Si drogato debolmente. La deposizione di SiO crea un condensatore, varia la tensione sulla piastra di metallo detta gate. Lo strato di SiO è il dielettrico, è di pochi nm. È molto facile realizzare una C. Nei transistori si hanno molte C non volute.

VGSe è a tensione negativa o nulla, si ha accumulazione di lacune, cioè le lacune del substrato si accumulano presso lo strato di SiO . Se è a tensione positiva ed è , si ha svuotamento delle lacune, cioè le lacune del substrato vicino VG Vthallo strato di SiO sono respinte nel

Transistore MOSIl transistor MOS è un condensatore con due regioni opposte a lato.Applicando una tensione sopra una certa soglia si crea una zona a drogaggio virtuale, in quanto non è statadrogata, ma si comporta come tale. Si creano zone di drogaggio temporanee, a di erenza del diodo che,essendo drogate, sono in modo permanente così, perché il drogaggio

Martina Contestabile Ingegneria Informatica — III Anno A.A. 2022/2023

Riassumendo, se applico VGS > Vth4, si crea un canale di conduzione tra Drain e Source, con VDS > 0. La corrente di Body (substrato) è nulla e l'ingresso (gate) è capacitivo, mentre la corrente di gate è nulla (perdite).

Il source è drogato di più, il drain di meno. Il gate assomiglia alla base, il source all'emettitore e il drain al collettore. La corrente scorre solo se c'è inversione. Immettendo una tensione molto bassa, si accumulano le lacune e, quindi, fra i due pozzetti n non c'è possibilità di passaggio di cariche. Quando la tensione è positiva,

ma inferiore alla soglia, c'è uno svuotamento, che sono conseguenza della migrazione dei portatori che, essendo poco energizzata, comporta una corrente molto bassa. Superando la soglia, è come se si realizzasse una zona drogata n, quindi si ha passaggio dei portatori a bassissima resistenza, i portatori sono liberi di muoversi.

Comportamento del nMOS (R-like)

i > 0

Quindi, si ha conduzione da Drain a Source solo nel caso (c), ossia se VDSD > 0

Se allora si ha una Regione Lineare, triodo.

VGS > Vth

VDS > k(VGS - Vth)

Il transistore si comporta come un resistore tra S e D controllato da VGS.

Cosa succede se VDS cresce? Avendo una placca metallica alla tensione di VGS, il canale tende a strozzarsi, si ha pinch-off. Significa che, prima se avevamo la corrente che aumenta assieme alla tensione, ora non lo fa più ed arriva ad un valore costante che non dipende più dalla VDS, smette di comportarsi come una resistenza e satura. Quindi,

se satura ad un valore costante indipendente da eD Ddipendente da si ha cheVGS k ( ) 2i = −VGS VthD 2l’espressione è, in realtà, approssimata.

Riassumiamo il tutto. Quando supera la e si ha una regione lineare, aumenta lo squilibrio fra leVGS VDSdue e il canale diventa grande, facendo passare corrente ed avendo un canale equivalente alla resistenza.VthLa tensione di soglia — threshold voltage — è la tensione minima per cui si ha l'inversione della popolazione di portatori, con4 Vthconseguente formazione del canale sotto il gate. La tensione di soglia è positiva per un transistore MOS a canale N adarricchimento.

34ff fiMartina Contestabile Ingegneria Informatica — III Anno A.A. 2022/2023Permette di dire che la corrente che va da drain a source è proporzionale alla . Quando il canale siVDSsbilancia, è grosso da una parte e piccolo dall’altra, quindi la corrente non sale più proporzionalmente allaVDS

Se si ferma, dipende solo dalla tensione di gate. Il resistore è l= ρR. Un canale sottile ha una bassa sezione, quindi una resistenza più elevata. Quindi, la resistenza è inversamente proporzionale alla sezione, perché determinano lo spessore del canale e, quindi, lo spessore del resistore equivalente.

Possiamo creare un pMOS lavorando al contrario. Prendendo il substrato lavorato n, sul gate si immette una tensione negativa. Gli elettroni vanno al body, si ha svuotamento e, quindi, l'inversione, che crea un canale p. Quindi, conduce per VGL < 0.

L'analogia fra nMOS e pMOS è il funzionamento duale, siccome si considerano e invece di e ed è tutto uguale.

Noi parliamo di MOS ad arricchimento, ma si può lavorare anche su MOS a svuotamento. Per avere MOS a svuotamento, si crea un canale per impiantazione ionica. Per VGS = 0, i = 0, negli nMOS. Per pMOS è