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

Relevanta dokument
Grindar och transistorer

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

Elektronik 2017 EITA35

nmosfet och analoga kretsar

Föreläsning 13 Fälteffekttransistor III

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 2 Transistorn del 2

Digital IC konstruktion

12. Kort om modern halvledarteknologi

12. Kort om modern halvledarteknologi

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

12. Kort om modern halvledarteknologi

Rättade inlämningsuppgifter hämtas på Kents kontor Föreläsning 4 Må , Kent Palmkvist To ,

Föreläsning 11 Fälteffekttransistor II

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

Digital IC konstruktion

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

Digital IC konstruktion

Digital elektronik och inbyggda system

Introduktion till halvledarteknik

Digital IC konstruktion

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

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

Introduktion till halvledarteknik

Vad är elektricitet?

Digital IC konstruktion

Digital IC konstruktion

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

Design av digitala kretsar

Vad är elektricitet?

Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 5 april 2013

Formelsamling för komponentfysik

Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

Halvledare. Transistorer, Förstärkare

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

Nanoelektronik. FAFA10 Kvantfenomen och nanostrukturer HT Martin Magnusson.

Införa begreppen ström, strömtäthet och resistans Ohms lag Tillämpningar på enkla kretsar Energi och effekt i kretsar

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

Lösningar Tenta

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 1 Transistorn del 1

Labb-PM MCC086 Mikroelektronik 2016

Transistorn en omkopplare utan rörliga delar

Övningsuppgifter i Elektronik

Tryckta transistorer på papper och plast

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

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

Elektronik. Lars-Erik Cederlöf

Digital IC konstruktion

Föreläsning 4/11. Lite om logiska operationer. Hambley avsnitt 12.7, 14.1 (7.3 för den som vill läsa lite mer om grindar)

Ett urval D/A- och A/D-omvandlare

Laboration N o 1 TRANSISTORER

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

Laboration 4: Tidsplan, frekvensplan och impedanser. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Du har följande material: 1 Kopplingsdäck 2 LM339 4 komparatorer i vardera kapsel. ( ELFA art.nr datablad finns )

Elektronik ESS 010 Elektronik. Erik Lind

Tentamen i Komponentfysik ESS030, ETI240/0601 och FFF090

Elektricitet och magnetism

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

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

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

Elektronik EITA35: Elektronik. Erik Lind

Elektronik Dataomvandlare

Hambley avsnitt 12.7 (7.3 för den som vill läsa lite mer om grindar) sann 1 falsk 0

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 3 RC- och RL-nät i tidsplanet. Elektronik för D ETIA01

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

Definition av kraftelektronik

IE1205 Digital Design: F3 : CMOS-kretsen, Implementeringsteknologier. Fredrik Jonsson KTH/ICT/ES

Elektronik Dataomvandlare

Elektroakustik Något lite om analogier

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 1 (föreläsning 1-6)

Digitalteknik EIT020. Lecture 15: Design av digitala kretsar

Tentamen i Elektronik - ETIA01

TSTE20 Elektronik 01/31/ :24. Nodanalys metod. Nodanalys, exempel. Dagens föreläsning. 0. Förenkla schemat 1. Eliminera ensamma spänningskällor

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Förstärkarens högfrekvensegenskaper. Återkoppling och stabilitet. Återkoppling och förstärkning/bandbredd. Operationsförstärkare.

Moores lag vid vägs ände efter 50 år?

LABORATIONSINSTRUKTION. Mätning på dioder och transistorer

Digitala kretsars dynamiska egenskaper

Pla$kondensator - Fälteffekt

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

Chalmers Tekniska Högskola Tillämpad Fysik Igor Zoric

Institutionen för tillämpad fysik och elektronik Umeå universitet. Agneta Bränberg TRANSISTORTEKNIK. Laboration.

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

ESD ElektroStatic Discharge (elektrostatisk urladdning) är oftast en trestegsprocess:

5:2 Digitalteknik Boolesk algebra. Inledning OCH-funktionen

Tentamen Elektronik för F (ETE022)

Elektronik. Dataomvandlare

Digital Design IE1204

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 16 dec 2008 klockan 8:00 13:00.

Digital Design IE1204

Laborationsrapport. Kurs Elektroteknik grundkurs ET1002. Lab nr 3. Laborationens namn Halvledarkomponenter. Kommentarer. Namn. Utförd den.

Välkomna till kursen i elektroniska material!

TENTAMENSUPPGIFTER I ELEKTROTEKNIK MED SVAR

Välkomna till kursen i elektroniska material! Martin Leijnse

Föreläsning 9 Transistorn och OP-förstärkaren

Tentamen i komponentfysik

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Elektriska Kretsar. En fördjupning gjord av Philip Åhagen. Philip Åhagen Mälardalens Högskola Produktutveckling /2010 KPP 039

Komponentfysik ESS030. Den bipolära transistorn

Transkript:

Översikt Pietro Andreani Institutionen för elektro- och informationsteknik unds universitet ite historik nmofet Arbetsområden pmofet CMO-inverterare NOR- och NAN-grindar MO-teknologi å och nu Metal-e-silicon field-effect transistor fälteffekttransistor MOFET metall--halvledare Bakom den otroligt snabba utvecklingen i digital elektronik (och, varför inte, också analog elektronik) under de senaste årtiondena 1971: Intels första kommersiella mikroprocessor (4004): 10mm pmo teknologi (d v s man använde en teknologi som tillhandahöll pmotransistorer med minimilängd på 10mm), 300 transistorer Idag: 14nm FinFET process (smartphones o s v) Mer än 1 miljard transistorer på ett och samma chips Intel 4004, 1971 10mm pmo.3 10 3 komponenter 740kHz clock 3mm x 4mm AM Zen, 017 14nm FinFET, 1 Metals, MiMCap 1.4 10 9 komponenter 3.4GHz clock 44mm (~ 8.4mm x 5.mm) 3 4

Moores lag (Moore s law) Gordon Moore medgrundare av Fairchild och Intel (!) Hans ursprungliga lag: komplexiteten hos den integrerade krets som tillandahåller minimikomponentkostnad dubblerar varje år Moores lag (Moore s law) Moore s lag nuförtiden: antalet transistorer på ett chips dubblerar varje 18-4:e månader Ursprunglig plott från 1965 65.000 komponenter på ett chips är 1975 I believe that such a large circuit can be built on a single wafer 5 6 MOFET med n-kanal tate-of-the-art Moderna MOFET är inte särskilt platta! = source G = gate (styr) = drain FinFET: inte längre planar mer yta under styret! 7 8

MOFET med n-kanal MOFET med n-kanal = source G = gate (styr) = drain = source G = gate (styr) = drain och B är ofta sammankopplade bara tre terminaler G och B är isolerade genom ett tunt skikt (bara några nm tjock) Om en tillräckligt stor (positiv) spänning appliceras mellan G och dras elektroner till regionen under G, och en kanal av n-typ skapas mellan och Om en positiv spänning appliceras nu mellan och, flyter elektronerna från till, d v s en positiv ström flyter från till Konstruktören kan fritt (men inom vissa gränser) välja värdena på och W, men man får naturligtvis inte minska dem bortom teknologins ytterst gränser Transistorns snabbhet är omvänt proportionell mot, som numera bara är några få nm! I digitala tillämpningar finns det inte några skäl att välja större än den absoluta minimilängden 9 10 Avstängningsområde injärområde (triodområde) Om v G < V t, där V t är en viss tröskelspänning (som är fastställd av processingenjörerna och som kretskonstruktörerna inte kan ändra), kan inte n-kanalen skapas. Ingen ström kan följaktligen flöda mellan och : komponenten är avstängd ( cut off ) i = 0 Om vg - Vt > 0 skapas en n-kanal under styret, och en ström kan flöda mellan och injärområde: om vg - Vt > 0 och v < vg -Vt trömmen i är proportionell till vg -Vt m = elektronernas mobilitet C ox = styrens kapacitans per ytenhet W i m = Cox ( vg Vt ) v Ø º - ø ß 11 1

MOFET som switch Om vg - Vt > 0 och v < vg -Vt fungerar MOFETen som en switch (en linjär sådan, åtminstone idealt, eftersom dess resistans inte är beroende på spänningen över samma resistans) G R sw Mättnadsområde (aktivområde) Gränsen mellan triodområde och mättnadsområde ges av v = vg -Vt, då kanalen stryps vid därefter ökar i idealt inte längre, även om fortsätter öka trömmen i mättnadsområde blir således W Ø v ø 1 W i = mcox Œ vg -Vt v - œ = Cox vg -Vt º ß v = v G -V t ( ) m ( ) v Vi kan lätt hitta värdet på denna resistans: W dv 1 1 i = mcox Ø( vg Vt ) v Rsw º - øß fi = = = di W di dv mcox ( vg -Vt) Med vanliga värden för m, Cox, W,, och ( vg -Vt) är resistansen åtminstone några hundratals W hög trots det fungerar MOFETen ofta som en utmärkt switch 13 14 Mättnadsområde pmofet I det här området arbetar komponenten som riktig transistor: den levererar en utgångsström vars storlek man kan styra från styret, och som idealt ser ett oändligt stort utgångsmotstånd idealisk strömkälla I praktiken är detta mer eller mindre osant: i varierar mer eller mindre med p g a många olika andraordningseffekter v 1 W i = mc v ox I det här fallet är det en p-kanal som bildas under styret, med hål som laddningsbärare En pmofet placeras i en n-ficka, som själv innesluts av det gemensamma p-substratet Eftersom hål är positivt laddade flödar strömmen från till Alla ekvationer för pmofet är identiska med nmofets, med skillnaden att alla spänningar är negativa istället för positiva Gemensam substrat för hela kiselskivan p p + n-ficka G n p + B 15 16

Tabell med ganska gamla CMO-värden CMO = komplementär MO, d v s både nmo och pmo ogiska grindar i CMO inverterare Om V in är hög (V in = V ) finns det en n-kanal mellan jord och utgång V out ; dessutom är pmofeten avstängd eftersom dess styre är högt V out är jordad, d v s V out är låg Omvänt, om V in är låg (V in = 0) finns det en p-kanal mellan V och V out, medan nmofeten är avstängd eftersom dess styre är låg V out är kopplad till V, d v s V out är låg inverterare! ägg märke till ett grundläggande egenskap, här och i alla CMO-grindar: ingen statisk strömförbrukning! 17 18 NAN NOR Utgången är låg bara om båda ingångarna är höga, eftersom nmofetarna är i serie: OUT = A B pmofetarna måste implementera den komplementära binärfunktionen, jämfört med nmofetarna: OUT = A B = A + B Utgången är låg när åtminstone en ingång är hög, eftersom nmofetarna är i parallell: OUT = A + B 19 0