Föreläsning 13 Fälteffekttransistor III

Transkript

1 Föreläsning 13 Fälteffekttransistor III pmo måsignal FET A, f t MO-Kondensator Föreläsning 13, Komponentfysik 014 1

2 Komponentfysik - Kursöversikt Bipolära Transistorer pn-övergång: kapacitanser Optokomponenter pn-övergång: strömmar Minnen: Flash, DRAM MOFET: strömmar MOFET: laddningar pn-övergång: Inbyggd spänning och rymdladdningsområde Dopning: n-och p-typ material Laddningsbärare: Elektroner, hål och ferminivåer Halvledarfysik: bandstruktur och bandgap Ellära: elektriska fält, potentialer och strömmar Föreläsning 13, Komponentfysik 014

3 tröm - nmo I Linjära pinch-off I Mättnad > - TH TH Linjära området TH I Zn L TH Mättnadsområdet TH I, sat Zn L TH Föreläsning 13, Komponentfysik 014 3

4 PMO Gate = - 0.V 0.4V 1.0V ource Isolator io Drain P ++ P ++ N-typ halvledare Attrahera hål vid ytan slås på då är negativ! Korrekt operation Hål från source-drain < 0V Föreläsning 13, Komponentfysik 014 4

5 PMO - Banddiagram + E E Fgate E Fsub E i -q E V 0 th TH F r 0NDe F N t ln n Föreläsning 13, Komponentfysik F D i

6 PMO tröm-pänning Linjära området TH I Z L p TH Mättnadsområdet TH I, sat Z L p TH I Linjärt pinch-off p-mofet I Mättnad Mättnad n-mofet pinch-off Linjärt Föreläsning 14, Komponentfysik 014 6

7 nmo och pmo +.0 V +.0 V I < 0 > 0 I I Linjärt pinch-off p-mofet I Mättnad ökar minskar Mättnad n-mofet pinch-off Linjärt Föreläsning 13, Komponentfysik 014 7

8 minuters övning - MO dd =1V nmo: th =0.5V pmo: th =-0.5V in =1V + I d out =? + Hur stor är I d? Vilket värde har out? Föreläsning 13, Komponentfysik 014 8

9 I måsignalmodell - D ( uds, ugs) Taylorutveckling: I (, tgångskonduktans: i i Transkonduktans: ds g I ) måsignalströmar: g 0 m u gs g g g o m o, I, u di d di d ds i g u u gs Föreläsning 13, Komponentfysik ds gate + - g m u gs ource u u i I D bias i u ds gs u u ds gs måsignal drain r o i ds u ds

10 måsignalmodell - D I k TH Linjära området k Zn L I, sat k TH 1 Mättnadsområdet g r o m k 1 g o k k th 1 1 I th k I i g gate drain + u gs g m u gs r o - ource i ds Föreläsning 13, Komponentfysik

11 Transkonduktans g g m m k Z t th 1 n 0 L k I th k Zn L 0 t Hög transkonduktans: Tunnare id Kortare gate-längd + mindre transistor törre Z tar större plats Högre µ n Högre å tunna ider som möjligt å korta gate:ar som möjligt Låg bredd liten yta! tressors, III-V (?) io : 3.9 HfiO x : Föreläsning 13, Komponentfysik

12 Transistorskalning L ~ nm <<< 1 µm! Gate-Längd µ n r?? Föreläsning 13, Komponentfysik 014 1

13 måsignalmodell A kapacitanser i mättnadsmod Isolator io GD N ++ N ++ P-typ halvledare Q G G G G GD GD 3 A Z L Föreläsning 13, Komponentfysik

14 måsignalmodell i mättnadsområdet : A måsingal - D måsingal - A G D G GD D g m r 0 g m r 0 g r o k k m I 1 I 3 Z L Zn L g m r Föreläsning 13, Komponentfysik G A - Förenklad D

15 minuters övning småsignal med resistanser måsingal - A Hur ser småsignalmodellen ut för en FET med serieresistanser? G GD g m r 0 D Var sitter spänningen som styr strömkällan? R D R G? G D R s Föreläsning 13, Komponentfysik

16 Frekvensegenskaper lång gate h 1 i i ds g V ds 0 G g m r ds D Z 1 j Högsta frekvens (f=f t ) där transistorn har strömförstärkning: h 1 =1 Nodanalys med KL f t gm n L TH L > 1 µm gs Föreläsning 13, Komponentfysik

17 Transistorer på nanoskala - drifthastighet Elektronhastighet v d d d s L = 3 nm Elektriskt fält E ds /L Nano-FET: /L > E c elektronerna rör sig med mättnadshastighet! Mättnadområdet: I QNvs v s th g m ökar inte med L! Föreläsning 13, Komponentfysik

18 Transistorer på nanoskala transkonduktans & f t I v s th g m v s L = 3 nm v s = m/s G D g m r ds g f m T Z vs L v s Kortare gate-längd: Högre f t! Föreläsning 13, Komponentfysik

19 Transistorer på nanoskala transkonduktans & f t f t Lång (µm) gate gm n L gs TH Kort (nm) gate f T vs L Exempel. Beräkna f t för en i-transistor med L g =1µm, och L g =90 nm. µ n = m/vs v s =10 5 m/s Föreläsning 13, Komponentfysik

20 Kapacitans (F m - ) MO-kondensator (MOAP) t r 0 t Isolator io P-typ halvledare pänning (V) Föreläsning 13, Komponentfysik 013 0

21 Kapacitans (F m - ) MO-kondensator (MOAP) t r 0 t Isolator io P-typ halvledare pänning (V) Föreläsning 13, Komponentfysik 013 1

22 Kapacitans (F m - ) MO-kondensator (MOAP) t d p r Isolator io t d 0 p P-typ halvledare pänning (V) Föreläsning 13, Komponentfysik 013

23 Kapacitans (F m - ) MO-kondensator (MOAP) t r Isolator io 0 t d p d p P-typ halvledare pänning (V) Föreläsning 13, Komponentfysik 013 3

24 Kapacitans (F m - ) MO-kondensator (MOAP) t Isolator io r d p t d p 0 P-typ halvledare pänning (V) Föreläsning 13, Komponentfysik 013 4

25 Kapacitans (F m - ) MO-kondensator (MOAP) t r 0 t d p Isolator io P-typ halvledare Höga f f > 1 MHz pänning (V) En MO-kondensator fungerar som en varaktor: (V) t d r 0 p Föreläsning 13, Komponentfysik 013 5

26 ammanfattning h 1 = ström-förstärkning (-) Föreläsning 13, Komponentfysik 013 6

27 Info ista föreläsningen på fredag i MA:06! e till ni fixar labbrapporterna innan deadline - 13 Juni! Kolla att ni är godkända på inlämningsuppgifterna! Föreläsning 13, Komponentfysik 013 7