( y) ( L) Beräkning av ström nmos: Lång kanal (L g >1µm) di dy. Oxid U GS U DS. Kanal. 0<U cs (y)<u DS. Lös med:

Transkript

1 Beräkning av ström nmos: ång kanal ( g >1µm Oxid 0< cs (y< y Kanal ε Q N ( ( y th ( y Z µ ε ( y y n ( y ( y Q ( y N ös med: cs cs d dy (0 0 ( Föreläsning 6, Komponen7ysik 015 1

2 Ström och kanal mänadsområdet Drainström (ma th, sat Zµ n ( Pinch off: oberoende av Drainspänning (V Q N < - th ( ( y th Q ( ( N 0 - th th > - th Q N ( 0 QN ( th ( y ( 0 Q N Föreläsning 6, Komponen7ysik 015

3 minuters övning negafva A B V gs D - Drain Föreläsning 6, Komponen7ysik 015 3

4 Ström ideal nmos Drainström (ma th MäRnadsområdet Drainspänning (V Drainström (ma > G Gatespänning (V Strypt ( < Biaseras så ar: > - th > th injära området > th Zµ n ( th MäRnadsområdet th, sat Zµ n ( th Föreläsning 6, Komponen7ysik 015 4

5 Exempel - nmos 1.0 V 3 mf/m µ n m /Vs 5 µm Z50 µm Beräkna strömmen för 1 0.5, 1, & 3V om 0V 0.5, 1, & 3V om.5v injära området > Zµ n ( MäRnadsområdet, sat Zµ n ( Föreläsning 6, Komponen7ysik 015 5

6 Ström icke ideal nmos, kanallängdsmodulafon 5 Drainström (ma Kanallängdsmodulaaon i märnadsområdet Ger utgångskonduktans λ typiskt V Drainspänning (V,sat Zµ n "( % $ # $ & 1 λ ( Föreläsning 6, Komponen7ysik 015 6

7 Ström och kanal mänadsområdet Drainström (ma th, sat Zµ n ( Pinch off: oberoende av Drainspänning (V Q N < - th ( ( y th Q ( ( N 0 - th th > - th Q N ( 0 QN ( th ( y ( 0 Q N Föreläsning 6, Komponen7ysik 015 7

8 Exempel nmos med utgångskonduktans 1.0 V 3 mf/m µ n m /Vs 5 µm Z50 µm λ0.0 V - 1 Beräkna strömmen för 1 0.5, 1, & 3V om 0V 0.5, 1, & 3V om.5v injära området > Zµ n " ( $ # % & MäRnadsområdet,sat Zµ n "( $ # $ % & 1 λ ( Föreläsning 6, Komponen7ysik 015 8

9 D Storsignalmodell, mänadsområdet G gate gate Bara om: > th > - th G - - deal: Source cke deal: drain k ( - th drain ds ds Source (1λ k( - th Drainström (ma > - th Gatespänning (V k Z G Föreläsning 6, Komponen7ysik 015 9

10 Flatband- ship Φ F ε ε r 0N Ae Φ F deal MOSFET fb Φ F ε ε r 0N Ae Φ F Verklig MOSFET E E E E i E i E i E Fgate E Fsub E V E Fgate e fb E Fsub E V E Fgate E Fsub E V ζ ζ ζ Föreläsning 6, Komponen7ysik

11 minuter övning. nmosfet inverterad Skissa - V om vi har SD biaserat en nmosfet inverterad! SD > 0 GD > 0 pinch- off SD injärt Mänad ökar n- MOSFET n- MOSFET SD Föreläsning 6, Komponen7ysik

12 PMOS Gate - 0.V 1.0V 0.4V Source solator SiO Drain - 1V P N- typ semiconductor P - 1 ma ARrahera hål vid ytan: slås på då är negafv! Korrekt operaaon: < 0V, hål från source all drain Föreläsning 6, Komponen7ysik 015 1

13 nmos och pmos.0 V nmos: posiav posiav Strömmen flyter från drain all source < V > 0 pmos: negaav negaav SD posiav Strömmen flyter från source all drain < 0 - q SD > 0 injärt pinch- off p- MOSFET Mänad ökar minskar Mänad n- MOSFET pinch- off injärt Föreläsning 6, Komponen7ysik

14 nmos och pmos.0 V nmos: posiav posiav Strömmen flyter från drain all source < 0.0 V < 0 > 0 pmos: negaav negaav SD posiav Strömmen flyter från source all drain - q SD > 0 injärt pinch- off p- MOSFET Mänad ökar minskar Mänad n- MOSFET pinch- off injärt Föreläsning 6, Komponen7ysik

15 PMOS - Banddiagram E Fgate E E Fsub E i - q - q th - q ζ : E V 0 th Φ F ε ε r 0NDe Φ F N t ln n Föreläsning 6, Komponen7ysik Φ F D i

16 PMOS Ström- Spänning injära området < Zµ p ( MäRnadsområdet, sat Zµ p ( - q injärt pinch- off p- MOSFET Mänad Mänad n- MOSFET pinch- off injärt Föreläsning 6, Komponen7ysik

17 nmos och pmos.0 V.0 V < 0 > 0 < 0 injärt pinch- off p- MOSFET Mänad ökar minskar Mänad n- MOSFET pinch- off injärt Föreläsning 6, Komponen7ysik

18 minuters övning - MOS dd 1V nmos: th 0.5V pmos: th - 0.5V in 1V d out? Hur stor är d? Vilket värde har out? Föreläsning 6, Komponen7ysik

19 injära - th pinch-off Ström - nmos Mättnad > - injära området > Zµ n ( MäRnadsområdet, sat Zµ n ( Föreläsning 6, Komponen7ysik

20 Småsignalmodell - D ( uds, ugs Taylorutveckling: (, tgångskonduktans: i i ds g Transkonduktans: Småsignalströmar: g 0 m u gs g g g o m o (, (, u d d d d ds u ds i g u gs Föreläsning 6, Komponen7ysik gate - g m u gs Source u u i D bias i u ds gs u u ds gs Småsignal drain r o i ds u ds

21 Småsignalmodell - D k ( injära området k Z µ n, sat k ( ( 1 λ MäRnadsområdet g r o m k 1 g o ( k k th ( 1 1 λ th k i g gate drain u gs g m u gs r o - Source i ds Föreläsning 6, Komponen7ysik 015 1

22 Transkonduktans g m k ( th k g m Z ε t µ n 1 ε 0 ( th k Z µ n ε ε 0 t Hög transkonduktans: Tunnare id Kortare gate- längd mindre transistor Större Z tar större plats Så tunna ider som möjligt Så korta gate:ar som möjligt åg bredd liten yta! Högre µ n Högre ε Stressors, - V (? SiO : 3.9 HfSiO x : Föreläsning 6, Komponen7ysik 015

23 Transistorskalning ~ nm <<< 1 µm! Gate- ängd µ n ε r?? Föreläsning 6, Komponen7ysik 015 3

24 Sammanfaning Z: MOSFETs bredd (m,sat : märnadsströmmen eqer pinchoff (A λ: kanallängsmodulaaonsfaktor (V Föreläsning 6, Komponen7ysik 015 4