Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

Relevanta dokument
Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

Föreläsning 13 Fälteffekttransistor III

( 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:

Föreläsning 11 Fälteffekttransistor II

Beskrivande uppgifter: I: Vad skiljer det linjära området och mättnadsområdet i termer av inversionskanal?

Föreläsning 8. MOS transistorn Förstärkare med MOS transistorn Exempel, enkel förstärkare med MOS. IE1202 Analog elektronik KTH/ICT/EKT VT11/BM

Pla$kondensator - Fälteffekt

Föreläsning 8. MOS transistorn. IE1202 Analog elektronik KTH/ICT/EKT HT09/BM

Formelsamling för komponentfysik. eller I = G U = σ A U L Småsignalresistans: R = du di. där: σ = 1 ρ ; = N D + p n 0

Lösningar Tenta

Formelsamling för komponentfysik

nmosfet och analoga kretsar

Elektronik 2017 EITA35

Tentamen i Komponentfysik ESS030, ETI240/0601 och FFF090

FÖRELÄSNING 3. Förstärkaren. Arbetspunkten. Olika lastresistanser. Småsignalsschemat. Föreläsning 3

Föreläsning 12 Bipolära Transistorer II. Funk<on bipolär transistor

Tentamen i komponentfysik

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Introduktion till halvledarteknik

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 2 Transistorn del 2

Digital IC konstruktion

Vad är elektricitet?

Vad är elektricitet?

Digital IC konstruktion

MOSFET:ens in- och utimpedanser. Småsignalsmodeller. Spänning- och strömstyrning. Stora signaler. MOSFET:ens högfrekvensegenskaper

Laboration 6. A/D- och D/A-omvandling. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Nanoelektronik. FAFA10 Kvantfenomen och nanostrukturer HT Martin Magnusson.

Grindar och transistorer

Digital IC konstruktion

12. Kort om modern halvledarteknologi

12. Kort om modern halvledarteknologi

Komponen'ysik Dan Hessman Lektor i fasta tillståndets fysik. Tel:

12. Kort om modern halvledarteknologi

Digital IC konstruktion

Komponentfysik Introduktion. Kursöversikt. Hålltider --- Ellära: Elektriska fält, potentialer och strömmar

CMOS-inverteraren. CMOS-logik. Parasitiska kapacitanser. CMOS-variationer: Pseudo-NMOS och PTL

Föreläsning 2 - Halvledare

Utredande uppgifter: I: Beskriv de fyra arbetsmoderna för en npn-transistor. II: Vad är orsaken till strömförstärkningen i normal mod?

Komponen'ysik Dan Hessman Lektor i fasta tillståndets fysik. Tel:

I: Beskriv strömmarna i en npn-transistor i normal mod i de neutrala delarna av transistorn.

Digital IC konstruktion

Föreläsning 6: Opto-komponenter

Föreläsning 2 - Halvledare

Föreläsning 13: Opto- komponenter

Olika sätt att bygga förstärkare. Differentialförstärkaren (översikt) Strömspegeln. Till sist: Operationsförstärkaren

r 2 C Arbetet är alltså endast beroende av start- och slutpunkt. Det följer av att det elektriska fältet är konservativt ( E = 0).

r 2 Arbetet är alltså endast beroende av start- och slutpunkt. Det följer av att det elektriska fältet är konservativt ( E = 0).

Ellära och Elektronik Moment AC-nät Föreläsning 4

Elektronik. MOS-transistorn. Översikt. Då och nu. MOS-teknologi. Lite historik nmosfet Arbetsområden pmosfet CMOS-inverterare NOR- och NAND-grindar

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen oktober 2006

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter. Föreläsning 4 & 5

Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

Välkomna till kursen i elektroniska material!

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 11 januari 2013

Föreläsning 6: Opto-komponenter

Komponentfysik Introduktion. Kursöversikt. Varför Komponentfysik? Hålltider --- Ellära, Elektriska fält och potentialer

Repetition: Nätanalys för AC. Repetition: Elektricitetslära. Repetition: Halvledarkomponenterna

2: Räkna ut utsträckningen av rymdladdningsområdet i de två fallen i 1 för n-sidan, p-sidan och den totala utsträckningen.

Utredande uppgifter. 2: Räkna ut utsträckningen av rymdladdningsområdet i de tre fallen i 1 för n-sidan, p-sidan och den totala utsträckningen.

Tentamen i komponentfysik Halvledare 6,0p. 2. Dioder 7,5p.

Introduktion till halvledarteknik

Föreläsning 8 Bipolära Transistorer I

Digital IC konstruktion

Kapacitansmätning av MOS-struktur

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Halvledare. Periodiska systemet (åtminstone den del som är viktig för en halvledarfysiker)

Praktisk beräkning av SPICE-parametrar för halvledare

Fördröjningsminimering vid buffring. ON-resistansen. Energiåtgång och effektförbrukning i CMOS. RAM-minnet

Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

Föreläsning 8 Bipolära Transistorer I

Vi börjar med en vanlig ledare av koppar.

Föreläsning 11 Bipolära Transistorer I. BJT Bipolar JuncDon Transistor. FunkDon bipolär transistor. DC operadon, strömförstärkning

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen april 2006

Appendix A: Modelltyper

Spolen. LE1460 Analog elektronik. Måndag kl i Omega. Allmänna tidsförlopp. Kapitel 4 Elkretsanalys.

Föreläsning 10 (MOS)-Fälteffekttransistor I

Välkomna till kursen i elektroniska material! Martin Leijnse

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

Digital IC konstruktion

Växelström och reaktans

Definition av kraftelektronik

Labb-PM MCC086 Mikroelektronik 2016

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 1 (föreläsning 1-10)

Physics to Go! Part 1. 2:a på Android

Du behöver inte räkna ut några siffervärden, svara med storheter som V 0 etc.

Lösningsförslag Inlämningsuppgift 3 Kapacitans, ström, resistans

Halvledare. Transistorer, Förstärkare

Om inget annat anges så gäller det kisel och rumstemperatur (300K)

Tentamen ETE115 Ellära och elektronik för F och N,

Tryckta transistorer på papper och plast

Elektronik. Lars-Erik Cederlöf

Tentamen Elektronik för F (ETE022)

Komponentfysik ESS030. Den bipolära transistorn

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Sensorer, effektorer och fysik. Grundläggande fysikaliska begrepp som är viktiga inom mättekniken

Sensorer och elektronik. Grundläggande ellära

Lektion 1: Automation. 5MT001: Lektion 1 p. 1

UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Sverker Johansson Bo Tannfors Transistorswitchen. Laboration E25 ELEKTRO

Transkript:

Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV PMOS Småsignal FET A, f t MOS- Kondensator D/MOS- kamera Flash- minne 1

PMOS U Gate U - 0.V 1.0V 0.4V Source Isolator SiO Drain U - 1V P ++ N- typ semiconductor P ++ I - 1 ma AQrahera hål vid ytan: slås på då U är negav! Korrekt operauon: U < 0V, hål från source Ull drain

PMOS - Banddiagram + E Fgate E E Fsub E i - q U - q U th - q U ζ U : E V 0 U th U TH Φ F ε ε r 0NDe ' ox Φ F N Ut ln n 3 Φ F D i

PMOS Ström- Spänning Linjära området U U TH <U I ' ox Zµ L p ( U U ) TH U U MäQnadsområdet U U TH U I, sat ' ox Zµ L p ( U U ) - q U TH I Linjärt pinch- off p- MOSFET I Mä1nad Mä1nad U n- MOSFET U pinch- off Linjärt 4

nmos och pmos I +.0 V nmos: U posiuv I posiuv Strömmen flyter från drain Ull source I < 0 -.0 V U > 0 pmos: U negauv I negauv I SD posiuv Strömmen flyter från source Ull drain U < 0 - q U I SD > 0 I pinch- off Linjärt Mä1nad n- MOSFET U ökar U U minskar Dvs blir mer negauv p- MOSFET Mä1nad pinch- off I Linjärt U 5

nmos och pmos I +.0 V nmos: U posiuv I posiuv Strömmen flyter från drain Ull source U < 0 +.0 V U > 0 pmos: U negauv I negauv Strömmen flyter från source Ull drain - q U I < 0 I pinch- off Linjärt Mä1nad n- MOSFET U ökar U U minskar Dvs blir mer negauv p- MOSFET Mä1nad pinch- off I Linjärt U 6

minuters övning - MOS U dd 1V nmos: U th 0.5V pmos: U th - 0.5V U in 1V + I d U out? + Hur stor är I d? Vilket värde har U out? - - 7

I Linjära U U - U th pinch-off Ström - nmos I Mättnad U > U +U TH U TH U U Linjära området U U > U TH I ' ox Zµ n L ( U U ) TH U U MäQnadsområdet U U TH U I, sat ' ox Zµ n L ( U U ) TH 8

I Småsignalmodell - D ( U + uds, U + ugs) Taylorutveckling: I ( U, U Utgångskonduktans: i i ds g Transkonduktans: I ) + Småsignalströmar: g 0 m u gs + g g g o m o ( U, U ) I ( U, U ) U u di du di du ds U u ds U U U U U U i g u gs 9 + gate + - g m u gs Source u u i U U I D bias + i u ds gs + u + u ds gs Småsignal drain r o i ds u ds

Småsignalmodell - D I k ( U U ) TH U U Linjära området k Z L ' ox µ n I, sat k ( U U ) TH ( 1+ λu ) MäQnadsområdet g r o m k 1 g o ( U U ) k ku th ( U U ) 1 1 λi th k I U i g gate drain + u gs g m u gs r o - Source i ds 10

Transkonduktans g m k ( U U th ) k I g m Z ε ox t ox µ n 1 L ε 0 ( U U th) k Z L ' ox µ n ε ε ' ox 0 ox tox Hög transkonduktans: Tunnare oxid Kortare gate- längd + mindre transistor Större Z tar större plats Så tunna oxider som möjligt Så korta gate:ar som möjligt Låg bredd liten yta! Högre µ n Högre ε ox Stressors, III- V (?) SiO : 3.9 HfSiO x : 0 11

Transistorskalning L ~ nm <<< 1 µm! Gate- Längd µ n ε r?? 1

Småsignalmodell A kapacitanser i mä1nadsmod δu Isolator SiO GD N ++ N ++ P- typ halvledare δ Q G G δu G G >> + GD GD 3 A ' ox Z L ' ox 13

Småsignalmodell i mä1nadsområdet : A Småsingal - D Småsingal - A G D G GD D g m U r 0 g m U r 0 S S S S g r o k m I k 1 λi 3 Z L ' ox Z L ' ox µ n g m U r 0 14 G S A - Förenklad D S

Frekvensegenskaper lång gate h 1 i i ds g V ds 0 G g m U r ds D Z 1 jω S S Högsta frekvens (ff t ) där transistorn har strömförstärkning: h 1 1 Nodanalys med Kirchoff s strömlag f t ( U U ) gm µ n π πl TH L > 1 µm gs 15

Transistorer på nanoskala - dri^hasghet ElektronhasUghet v d υ d ε υ d υ s L 3 nm Elektriskt fält E U ds /L Nano- FET: U /L > E c elektronerna rör sig med mäqnadshasughet! ' ' MäQnadområdet: I QNvs ox g m ökar inte med L! v s ( U U ) th 16

Transistorer på nanoskala transkonduktans & f t I ' ox v s ( U U ) th g m ' ox v s L 3 nm v s 1.0 10 5 m/s G D S g m U r ds S g f m T Z ' ox vs πl v s Kortare gate- längd: Högre f t! 17

Transistorer på nanoskala transkonduktans & f t f t Lång (µm) gate ( U U ) gm µ n π πl gs TH Kort (nm) gate f T vs πl Exempel. Beräkna f t för en Si- transistor med L g 1µm, och L g 90 nm. µ n 0.135 m/vs v s 10 5 m/s 18

MOS- kondensator (MOSAP) tot ε oxε 0 t ox U t ox Isolator SiO P- typ halvledare Kapacitans (F m - ) Spänning (V) U 19

MOS- kondensator (MOSAP) tot ε oxε 0 t ox U t ox Isolator SiO P- typ halvledare Kapacitans (F m - ) Spänning (V) U 0

MOS- kondensator (MOSAP) tot ε oxε 0 t ox U t ox d p Isolator SiO total ox halvl ( ox + halvl ) P- typ halvledare Kapacitans (F m - ) halvl ε sε 0 d p Spänning (V) U 1

MOS- kondensator (MOSAP) tot ε oxε 0 t ox U t ox d p Isolator SiO P- typ halvledare Kapacitans (F m - ) total ox halvl ( ox + halvl ) halvl ε sε 0 d p Spänning (V) U

MOS- kondensator (MOSAP) tot ε oxε 0 t ox U t ox d p Isolator SiO P- typ halvledare Kapacitans (F m - ) total ox halvl ( ox + halvl ) halvl ε sε 0 d p Spänning (V) U 3

MOS- kondensator (MOSAP) total ox halvl ( ox + halvl ) tot ε oxε 0 t ox ox ε rε 0 t ox U t ox d p Isolator SiO P- typ halvledare Kapacitans (F m - ) halvl ε sε 0 d p Spänning (V) Höga f f > 1 MHz En MOS- kondensator fungerar som en varaktor: (V) 4

Djup utarmning (deep depleon) grunden för D- kameran Om gatespänningen V G > V th snabbt läggs på gaten i en MOS- kondensator hinner inte inversionsskiktet skapas. Istället hamnar man i sk djup utarmning (deep deplefon) med eq extra djupt utarmningsområde (W). Elektronerna kommer så småningom exciteras termiskt från valensbandet men det kan ta sekunder innan termisk jämvikt (och stark inversion) har uppnåqs. DeQa utnyqjas i bildsensorer där man istället låter ljuset excitera elektronerna. (I en MOSFET uppstår inversions- kanalen mycket snabbt då elektronerna i stället kommer från source och drain) 5

D harge oupled Device Genom aq lägga flera kondensatorer inull varandra och variera gate- spänningarna synkroniserat kan elektronerna flyqas. 16-04- 14 Föreläsning 7, Komponen8ysik 016 6

MOS- kamera Miljontals pixlar med filter för röq, grönt eller blåq Varje pixel har en fotodiod som detekterar ljuset (och eq antal transistorer) E E V U 7

Flash- minne MOSFET med två gate ar på varandra, den ena flyter och kan laddas upp ( eqa ) eller laddas ur ( nolla ). Laddningen på den flytande gate n påverkar banddiagrammet och därmed tröskelspänningen. Med en lämplig lässpänning V G kan man avgöra om det finns något inversionsskikt (gate n är oladdad nolla) eller ej (gate n är laddad eqa). Gate n laddas genom aq man lägger en så stor U aq en del elektroner får så hög hasughet aq de via kollisioner tar sig igenom oxiden. Gate n töms med så stor negauv V G aq elektronerna tunnlar Ullbaka genom oxiden. 8