Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

Transkript

1 Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV måsignal FET A, f t MO- Kondensator D/MO- kamera Flash- minne 1

2 måsignalmodell A kapacitanser i mä1nadsmod δu Isolator io 2 D N ++ N ++ P- typ halvledare δ Q δu >> + D D 2 3 A ' ox Z L ' ox 2

3 måsignalmodell i mä1nadsområdet : A måsingal - D måsingal - A D D D g m U r 0 g m U r 0 g r o k m I D 2 k 1 λi 2 3 D Z L ' ox Z L ' ox µ n g m U r 0 3 A - Förenklad D

4 2 minuters övning småsignal med resistanser måsingal - A Hur ser småsignal- modellen ut för en FET med serie- resistanser? D g m U r 0 D Var siper spänningen som styr strömkällan? R D R? D R s 4

5 Frekvensegenskaper lång gate h 21 i i ds g V ds 0 g m U r ds D Z 1 jω Högsta frekvens (ff t ) där transistorn har strömförstärkning: h 21 1 Nodanalys med KL f t ( U U ) gm µ n 2π 2πL TH 2 L > 1 µm gs 5

6 Transistorer på nanoskala - drihhasighet Elektronhas[ghet v d υ d ε υ d υ s L 32 nm Elektriskt fält E U ds /L Nano- FET: U D /L > E c elektronerna rör sig med mäpnadshas[ghet! ' ' MäPnadområdet: I D QNvs ox g m ökar inte med L! v s ( U U ) th 6

7 Transistorer på nanoskala transkonduktans & f t I D ' ox v s ( U U ) th g m ' ox v s L 32 nm v s m/s D g m U r ds g f m T Z ' ox vs 2πL v s Kortare gate- längd: Högre f t! 7

8 Transistorer på nanoskala transkonduktans & f t f t Lång (µm) gate ( U U ) gm µ n 2π 2πL gs 2 TH Kort (nm) gate f T vs 2πL 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 8

9 MO- kondensator (MOAP) tot ε oxε 0 U Isolator io 2 P- typ halvledare Kapacitans (F m - 2 ) pänning (V) U 9

10 MO- kondensator (MOAP) tot ε oxε 0 U Isolator io 2 P- typ halvledare Kapacitans (F m - 2 ) pänning (V) U 10

11 MO- kondensator (MOAP) tot ε oxε 0 U d p Isolator io 2 total ox halvl ( ox + halvl ) P- typ halvledare Kapacitans (F m - 2 ) halvl ε sε 0 d p pänning (V) U 11

12 MO- kondensator (MOAP) tot ε oxε 0 U d p Isolator io 2 P- typ halvledare Kapacitans (F m - 2 ) total ox halvl ( ox + halvl ) halvl ε sε 0 d p pänning (V) U 12

13 MO- kondensator (MOAP) tot ε oxε 0 U d p Isolator io 2 P- typ halvledare Kapacitans (F m - 2 ) total ox halvl ( ox + halvl ) halvl ε sε 0 d p pänning (V) U 13

14 MO- kondensator (MOAP) total ox halvl ( ox + halvl ) tot ε oxε 0 ox ε rε 0 U d p Isolator io 2 P- typ halvledare Kapacitans (F m - 2 ) halvl ε sε 0 d p pänning (V) Höga f f > 1 MHz En MO- kondensator fungerar som en varaktor: (V) 14

15 Djup utarmning (deep depleion) grunden för D- kameran Om gatespänningen V > V th snabbt läggs på gaten i en MO- kondensator hinner inte inversionsskiktet skapas. Istället hamnar man i sk djup utarmning (deep deple<on) med ep extra djupt utarmningsområde (W). Elektronerna kommer så småningom exciteras termiskt från valensbandet men det kan ta sekunder innan termisk jämvikt (och stark inversion) har uppnåps. DePa utnypjas i bildsensorer där man istället låter ljuset excitera elektronerna. (I en MOFET uppstår inversions- kanalen mycket snabbt då elektronerna i stället kommer från source och drain) 15

16 D harge oupled Device enom ap lägga flera kondensatorer in[ll varandra och variera gate- spänningarna synkroniserat kan elektronerna flypas. 16

17 MO- kamera Miljontals pixlar med filter för röp, grönt eller blåp Varje pixel har en fotodiod som detekterar ljuset (och ep antal transistorer) E E V U 17

18 Flash- minne MOFET med två gate ar på varandra, den ena flyter och kan laddas upp ( epa ) eller laddas ur ( nolla ). Laddningen på den flytande gate n påverkar banddiagrammet och därmed tröskelspänningen. Med en lämplig lässpänning V kan man avgöra om det finns något inversionsskikt (gate n är oladdad nolla) eller ej (gate n är laddad epa). ate n laddas genom ap man lägger en så stor U D ap en del elektroner får så hög has[ghet ap de via kollisioner tar sig igenom oxiden. ate n töms med så stor nega[v V ap elektronerna tunnlar [llbaka genom oxiden

19 Info Lab 1 börjar på måndag, handledning på nätet Ingen föreläsning på onsdag 22 april Ingen övning torsdag 23 april > Nästa föreläsning fredag 24 april Fråge[mme inför tentan torsdag 28 maj kl 13 i sal Rydberg (fysik) 19