Insulated Gate Field Effect Transistor (IGFT) MOSFET Insulated Gate Field Effect Transistor (IGFT) Metal-Oxide-Silicon (MOS)

MOSFET n-καναλιού Υπόστρωμα: p-Si, Πύλη: λεπτό μεταλλικό στρώμα, που απομονώνεται από το ημιαγώγιμο υπόστρωμα με το μονωτικό στρώμα του SiO2 (εύκολη διάτρηση) αντίσταση πύλης – πηγής: 10GΩ έως 1000ΤΩ) ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

MOSFET p-καναλιού Υπόστρωμα: n-Si, Πύλη: λεπτό μεταλλικό στρώμα, που απομονώνεται από το ημιαγώγιμο υπόστρωμα με το μονωτικό στρώμα του SiO2 (εύκολη διάτρηση) αντίσταση πύλης – πηγής: 10GΩ έως 1000ΤΩ) ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

Κατηγορίες των MOS MOS τύπου εκκένωσης (depletion) Συμπεριφορά παρόμοια με JFET MOS τύπου προσαύξησης (enhancement) Η λειτουργία στηρίζεται στον σχηματισμό αγώγιμου στρώματος αναστροφής (inversion layer), κάτω από το μονωτικό στρώμα SiO2 ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

MOSFET τύπου εκκένωσης (n-δίαυλου) ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS τύπου προσαύξησης ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS τύπου προσαύξησης ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS τύπου προσαύξησης δημιουργία n - καναλιού ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS τύπου προσαύξησης δημιουργία n - καναλιού Εφαρμογή VDS>0 ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS τύπου προσαύξησης δημιουργία n - καναλιού Για να δημιουργηθεί το στρώμα αναστροφής, η τάση VGS θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από μια χαρακτηριστική τιμή «τάση κατωφλίου»: VT (threshold voltage) ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS τύπου προσαύξησης φραγή καναλιού VGS > VT ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS τύπου προσαύξησης Χαρακτηριστικές ΙD - VDS ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS τύπου προσαύξησης περιοχή αποκοπής VGS <VT ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS τύπου προσαύξησης ωμική περιοχή ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS τύπου προσαύξησης περιοχή σταθερού ρεύματος ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS τύπου προσαύξησης περιοχή σταθερού ρεύματος χαρακτηριστική μεταφοράς ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS τύπου προσαύξησης περιοχή σταθερού ρεύματος Διαμόρφωση μήκους καναλιού Η ποσότητα 1/λ θα ονομάζεται σε αναλογία με τα BJT, τάση Early. Τυπικές τιμές: 0,01 έως 0,03Vˉ¹. ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

PMOS-προσαύξησης ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

PMOS-προσαύξησης χαρακτηριστικές ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

PMOS-εκκένωσης ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

PMOS-εκκένωσης χαρακτηριστικές ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

Κυκλωματικά σύμβολα MOS ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

MOS επίδραση θερμοκρασίας Αύξηση θερμοκρασίας προκαλεί: μείωση της παραμέτρου k. μείωση της τάσης κατωφλίου . α: 1,5 έως 2 ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ k ΤΩΝ MOS Από ποιους παράγοντες καθορίζεται; L, Z: μήκος, πλάτος της πύλης που ελέγχει το κανάλι to: πάχος μονωτικού στρώματος που μονώνει την πύλη μ: η ευκινησία των φορέων πλειοψηφίας του καναλιού ε: η διηλεκτρική σταθερά του μονωτικού στρώματος εο: η απόλυτη διηλεκτρική σταθερά του κενού ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

Εκτίμηση παραμέτρου k ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

Υπολογισμός παραμέτρου λ ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

Ζ=50μm, L=10μm, to=45nA, ε=3.9 (SiO2) Εκτίμηση του ρεύματος ID NMOS εμπλουτισμού Ζ=50μm, L=10μm, to=45nA, ε=3.9 (SiO2) Εκτίμηση του ρεύματος ID Λόγω έντονης επιφανειακής σκέδασης των ηλεκτρονίων στο κανάλι η ευκινησία τους να θεωρηθεί: ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

Προσδιορισμός της αντίστασης R2 και της αντίστασης RD παράμετροι του NMOS: k=62.5μA / V2 και VT=1V. R2=5V/0,25μΑ =20ΜΩ VGS=+5V ID=62,5 . 16μΑ=1mA RD =4,5V/1mA=4,5kΩ I=5V/20MΩ =0,25μΑ IG=0 ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ & ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ Δ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

NMOS – προσαύξησης σε συνδεσμολογία αντίστασης V είναι η τάση στα άκρα του φορτίου NMOS-εμπλουτισμού ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

Αναστροφέας MOS ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

CMOS ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

Διάταξη MIS χωρίς πόλωση ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

Διάταξη MIS Ανάλογα με την πόλωση (μεταλλικής πύλης) υπάρχουν τρεις περιοχές που σχετίζονται με το είδος των φορέων που κυριαρχεί ακριβώς κάτω από το μονωτικό στρώμα του silicon nitride. Περιοχή accumulation Περιοχή depletion Περιοχή inversion (δημιουργία στρώματος αναστροφής) ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

Διάταξη MIS Περιοχή accumulation Εμφανίζεται όταν το δυναμικό της μεταλλικής πύλης είναι θετικό. Έχουμε συσσώρευση ηλεκτρονίων (φορείς πλειοψηφίας) κάτω από το στρώμα του silicon nitride, (βλέπε σχήμα). Οι οπές έχουν απομακρυνθεί αρκετά από την περιοχή κάτω από το στρώμα του silicon nitride Η περιοχή κάτω από το στρώμα του silicon nitride (διηλεκτρικό), λόγω του επαγόμενου αρνητικού φορτίου από την θετική τάση πόλωσης προσελκύει τα ηλεκτρόνια ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

Διάταξη MIS Περιοχή depletion Όταν η πόλωση της μεταλλικής πύλης αρχίζει να λαμβάνει μικρές αρνητικές τιμές. Η περιοχή κάτω από το στρώμα του silicon nitride, λόγω του επαγόμενου αρνητικού φορτίου από την τάση (αρνητική) πόλωσης απομακρύνει τα ηλεκτρόνια και αρχίζει προοδευτικά να απογυμνώνεται από τους φορείς πλειοψηφίας που είναι τα ηλεκτρόνια (βλέπε σχήμα). Ταυτόχρονα οι φορείς μειοψηφίας οπές έχουν η τάση να πλησιάσουν προς την περιοχή κάτω από το στρώμα του silicon nitride, πλην όμως το δυναμικό της πύλης δεν είναι αρκούντως αρνητικό για να συμβεί κάτι τέτοιο. Έτσι πρακτικά η περιοχή κάτω από το στρώμα του silicon nitride, είναι απογυμνωμένη από φορείς ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

Διάταξη MIS Περιοχή inversion (δημιουργία στρώματος αναστροφής) Όταν το δυναμικό της μεταλλικής πύλης υπερβεί μια τιμή αρκούντως αρνητική (τάση κατωφλίου VT), οι φορείς μειοψηφίας (οπές) έχουν ήδη συσσωρευτεί στην περιοχή κάτω από το στρώμα του silicon nitride. Η περιοχή αυτή διαθέτει πλέον φορείς (θετικούς – οπές) που είναι πλέον και φορείς πλειοψηφίας έναντι των απομακρυνθέντων ηλεκτρονίων. Έτσι κάτω από το στρώμα του silicon nitride δημιουργείται ένα στρώμα αναστροφής με την έννοια ότι ο ημιαγωγός Si από τύπου n που ήταν χωρίς πόλωση έχει πλέον συμπεριφορά p-τύπου όταν η πόλωση υπερβεί την τάση κατωφλίου (βλέπε σχήμα ) ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

C – V χαρακτηριστική ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ

CMOS ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΗΜ. ΤΡΙΑΝΤΗΣ