1. 1 EE 044125 התקני מוליכים למחצה פרק 12 טרנזיסטור MOS פרופ' אבינעם קולודני

2. 2 EE 044125 טרנזיסטור MOS: הרעיון P NN SourceDrain VDVD VSVS +Vg נקרא גם FET או MOSFET (Field Effect Transistor)  למדנו קודם:  קבל MOS  נלמד עכשיו:  קבל MOS משולב עם שתי דיודות. זהו טרנזיסטור!

3. 3 EE 044125 תזכורת: צומת בממתח הפוך כמבודד NN 0V +V 1 +V 2 P-type

4. 4 EE 044125 מבנה תלת ממדי וסמל סכמטי Drain VDVD Source VSVS P NN W L Vg G D B S

5. 5 EE 044125 מבט מלמעלה וחתך בטרנזיסטור MOS W L NN SourceDrain VDVD VSVS Gate L

6. 6 EE 044125 Field-effect transistor patent (Lilienfeld 1928)

7. 7 EE 044125 לב הטרנזיסטור הוא קבל MOS Gate Voltage V g Gate Charge Q g Total -Q inv -Q dep VTVT ------- ---------- Metal Oxide P-type Semiconductor Vg

8. 8 EE 044125 חישוב הזרם בטרנזיסטור MOS P NN SourceDrain VDVD VSVS +Vg

9. 9 EE 044125 קיבלנו קשר לינארי G S D B I DS V DS Trans-Resistor = Transistor

10. 10 EE 044125 חישוב קצת יותר מדויק של הזרם

11. 11 EE 044125 חישוב ע"י אינטגרציה (אותה תוצאה)

12. 12 EE 044125 אפייני זרם-מתח של טרנזיסטור G S D B V GS

13. 13 EE 044125 תופעת הרוויה בזרם הטרנזיסטור

14. 14 EE 044125 השתנות עובי שכבת המיחסור

15. 15 EE 044125 "תופעת הצביטה" (pinch-off) Linear region Strong Saturation Onset of saturation

16. 16 EE 044125 תחום אומי ("לינארי") Schematic view of an n-channel under bias below pinch-off.

17. 17 EE 044125 תחום רוויה

18. 18 EE 044125 סדרת ציורים של פתרון פוטנציאל דו-ממדי  המקור: S. Dimitrijev, “ Interactive MATLAB Animations forUnderstanding Semiconductor Devices”  ההתקן:  גובה פס ההולכה מוצג ע"י עצמת צבע אדום, וגם כמשטח מעל מישור x-y 0 Volts VgVg VdVd x y

19. 19 EE 044125 Vg=0 Vd=0.4

20. 20 EE 044125 Vg=V FB Vd=0.4

21. 21 EE 044125 Vg=1 Vd=0.4

22. 22 EE 044125 Vg=2 Vd=0.4

23. 23 EE 044125 Vg=3 Vd=0.4

24. 24 EE 044125 Vg=4 Vd=0.4

25. 25 EE 044125 Vg=5 Vd=0.4

26. 26 EE 044125 Vg=0 Vd=2.0

27. 27 EE 044125 Vg=V FB Vd=2.0

28. 28 EE 044125 Vg=1 Vd=2.0

29. 29 EE 044125 Vg=2 Vd=2.0

30. 30 EE 044125 Vg=3 Vd=2.0

31. 31 EE 044125 Vg=4 Vd=2.0

32. 32 EE 044125 Vg=5 Vd=2.0

33. 33 EE 044125 Vg=3 Vd=5

34. 34 EE 044125 מהלך פסי אנרגיה ליד פני השטח

35. 35 EE 044125 תחומי הפעולה של הטרנזיסטור: קטעון, אוהמי (לינארי), רוויה G S D B V GS 00.511.522.5 0 1 2 3 4 5 6 x 10 -4 V DS (V) I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V ResistiveSaturation V DS = V GS - V T

36. 36 EE 044125 MOSFET Analogy: Cutoff region (V g <V T ) “source” “drain” No water flow because of the barrier “gate”

37. 37 EE 044125 MOSFET Analogy: Linear region Strong inversion everywhere (V g >>V T ) Higher V g means lower barrier; Water flows down to the drain “source” “drain” “gate”

38. 38 EE 044125 MOSFET Analogy: Still in Linear region V d is a little higher, but still strong inversion everywhere “source” “drain” This means deeper drain; Stronger water flow “gate” Previous Vd level

39. 39 EE 044125 MOSFET Analogy: saturation region (V d =v g -V T ) Weak inversion near the drain “source” “drain” Even deeper drain: more current; This is the edge of saturation “gate”

40. 40 EE 044125 MOSFET Analogy: deeper saturation (V d >v g -V T ) “source” “drain” “Waterfall” formed; Water current flow cannot grow further; It is saturated and independent of V d “gate”

41. 41 EE 044125 סיכום מודל הזרם בטרנזיסטור MOS

42. 42 EE 044125 P NN SourceDrain VDVD VSVS Vg N-MOS Channel=N N PP SourceDrain VDVD VSVS Vg P-MOS Channel=P G S D B G S D B Source of Electrons Source of Holes

43. 43 EE 044125 אפייני NMOS בהשוואה ל- PMOS (a)n-channel. V D, V G, V T, and I D are positive; (b)p-channel. All quantities negative.

44. 44 EE 044125 MOS transistors Types and Symbols D S G D S G G S D NMOS Enhancement NMOS PMOS Depletion (V T <0) Enhancement S G D B S G D B

45. 45 EE 044125 Cross-Section of CMOS Technology

46. 46 EE 044125 מודל לאות קטן

47. 47 EE 044125 Transfer characteristics (Linear region)

48. 48 EE 044125 Transfer characteristics (Saturation region)

49. 49 EE 044125 אפקט המצע body effect

50. 50 EE 044125 אפקטים בהתקנים קטנים (short channel effects) -4 V DS (V) 00.511.522.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V 00.511.522.5 0 1 2 3 4 5 6 x 10 -4 V DS (V) I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V ResistiveSaturation V DS = V GS - V T Long ChannelShort Channel

51. 51 EE 044125 "אפקט התקצרות התעלה"

52. 52 EE 044125 Threshold Variations V ds

53. 53 EE 044125 Velocity Saturation

54. 54 EE 044125 Sub-Threshold Conduction

55. 55 EE 044125 MOSFET – Equivalent Circuit

56. 56 EE 044125 קיבול השער של הטרנזיסטור

57. 57 EE 044125 Source/Drain junction Capacitances

58. 58 EE 044125 Parasitic Resistances

59. 59 EE 044125 סיכום

60. 60 EE 044125