Föreläsning 11 – Fälteffekttransistor II

Slides:



Advertisements
Liknande presentationer
Elproduktion, eldistribution och elanvändning i samhället
Advertisements

Ellära.
ELLÄRA Kapitel 3. Efter avsnittet ska du:  veta vad som menas med att ett föremål är elektriskt laddat  kunna förklara vad elektricitet är  veta vad.
Elektrokemi What???.
Vad menas med statisk elektricitet?
Släktingarna som påverkade fysikens utveckling
Ellära Fysik 1 / A Översiktlig beskrivning av en del av innehållet i Ellära – Fysik A För djupare studier hänvisar jag till kurslitteratur som finns.
”Digital” IC konstruktion
Elektricitet.
Ellära och magnetism.
ELLÄRA.
ELLÄRA Göran Stenman, Ursviksskolan 6-9, Ursviken –
Göran Sellberg och Annika Adolfsson
Medicinska sensorer För att mäta:
Atomen Det finns drygt 100 st. olika atomer. Atom betyder odelbar.
Ellära.
ELLÄRA Göran Stenman, Ursviksskolan 6-9, Ursviken –
Transistorn – en introduktion Jonny Johansson. Agenda Då och nu Hur ser en den ut? På djupet om CMOS Grindar.
Sensorer och Mätsystem
Visardiagram och fasförskjutning
Elektricitet Vad är det egentligen?.
Släktingarna som påverkade fysikens utveckling
ELLÄRA Göran Stenman, Ursviksskolan 6-9, Ursviken –
Kombinerade serie- och parallellnät
Digitalteknik 7.5 hp distans: 6.3 nMOS-inverteraren 6:2.1 nMOS-inverterare med passiv pull-up nMOS innehåller enbart nMOS-transistorer OBS vid låg utgång.
SPÄNNING & TÖJNING NORMALSPÄNNING
Vad är elektricitet? Vad är elektricitet?
Mål för kursmomentet Ellära-Magnetism i ämnet Fysik år 8.
”Digital” IC konstruktion
Digitalteknik 7.5 hp distans: 6.1 MOS-transistorn6:1.1 CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor (nMOS och pMOS) nMOS-transistorn.
Förra föreläsningen: Dopplereffekten Brytningsindex Plana vågor — Inga variationer i fältkomponenterna vinkelrätt mot Polarisation: Linjär, cirkulär, elliptisk.
Förra föreläsningen: Konservativt kraftfält, rotationsfria fält Energipotential Elektrostatisk potential och fältstyrka Spänning Kondensatorn Energiuppladdning.
Förra föreläsningen: Gauss sats Konservativt kraftfält, rotationsfria fält Energipotential Elektrostatisk potential och fältstyrka Spänning Kondensatorn,
Förra föreläsningen: Laddning — elementarladdning ≈ 1, C
ELLÄRA.
Ellära och magnetism.
Föreläsning 5 – Fälteffekttransistor II
Förra föreläsningen: Gauss sats Konservativt (kraft)fält, rotationsfria fält Energipotential Elektrostatisk potential och fältstyrka Spänning Kondensatorn,
ELLÄRA Göran Stenman, Ursviksskolan 6-9, Ursviken –
Introduktion till halvledarteknik. Innehåll –6 Övergångar (pn och metal-halvledare) 2:a ordningens effekter Metal-halvledar övergångar –6 Fälteffekttransistorer.
Föreläsning 5 – Fälteffekttransistor II Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 Fälteffekt Fälteffekt Tröskelspänning Tröskelspänning Beräkning av.
Introduktion till halvledarteknik. Innehåll –4 Excitation av halvledare Optisk absorption och excitation Luminiscens Rekombination Diffusion av laddningsbärare.
Magnetism och elektricitet
Introduktion till halvledarteknik
Föreläsning 4– (MOS)-Fälteffekttransistor I
ELLÄRA Göran Stenman, Ursviksskolan 6-9, Ursviken –
Introduktion till halvledarteknik
Introduktion till halvledarteknik
Göran Sellberg och Annika Adolfsson
Elektricitet ELEKTRICITET.
ELLÄRA Göran Stenman, Ursviksskolan 6-9, Ursviken –
ELLÄRA.
Föreläsning 1, Komponentfysik 2014
Föreläsning 9 – Bipolära Transistorer II
Ellära Elektricitet. Vad kommer laddningarna ifrån?
Lärare Mats Hutter Leif Hjärtström
Lärare Mats Hutter Leif Hjärtström
Föreläsning 6: Opto-komponenter
Föreläsning 4 – pn-övergången
Lärare Mats Hutter Leif Hjärtström
ELLÄRA.
Elkunskap 2000 kap 4 Resistorn
Föreläsning 12 – Fälteffekttransistor II
Föreläsning 13 – Fälteffekttransistor III
Föreläsning 3 – Extrinsiska Halvledare
Föreläsning 4 – pn-övergången
Föreläsning 8 – Bipolära Transistorer I
Digitala CMOS-grindar
Föreläsning 13 – Fälteffekttransistor III
Föreläsning 7 – pn-övergången III
Presentationens avskrift:

Föreläsning 11 – Fälteffekttransistor II Tröskelspänning Beräkning av strömmen Storsignal, DC Kanallängdsmodulation Flatband-shift pMOSFET 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Komponentfysik - Kursöversikt Bipolära Transistorer pn-övergång: kapacitanser Minnen: Flash, DRAM Optokomponenter MOSFET: strömmar pn-övergång: strömmar MOSFET: laddningar pn-övergång: Inbyggd spänning och rymdladdningsområde Dopning: n-och p-typ material Laddningsbärare: Elektroner, hål och ferminivåer Halvledarfysik: bandstruktur och bandgap Ellära: elektriska fält, potentialer och strömmar 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Plattkondensator - Fälteffekt Metall Ugs=1V + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Ugs=0V Ugs=2V Ugs=3V P-typ halvledare Joniserade acceptoratomer (NA) Elektroner Hål 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Tröskelspänning – stark inversion Spänning över oxiden nyta=pp0=NA + - QN Spänning över halvledaren -qUth q2FF Laddning vid stark inversion: 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Metal-Oxid-Semiconductor Field Effect Transistor UGS = 0.2V UGS = 0.4V UGS = 1.0V Gate Source Drain Isolator – SiO2 P-typ semiconductor N++ N++ 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Föreläsning 11, Komponentfysik 2013 2 minuters övning +UDS Isolator – SiO2 N++ N++ y=0 y=L y En nMOSFET är biaserad i mättnadsområdet. Vilket värde har dIDS(y)/dy mellan y=0 och y=L? 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Fälteffekttransistor - nMOSFET - Geometri Oxid Z Stark Inversion – DX tjockt ledande lager vid ytan Gate Source Drain Kanal x y L Z IDS VDS DX QN(y) 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Beräknig av ström – nMOS: Lång kanal (Lg>1µm) UGS Oxid UDS UGS UDS Kanal y 0<Ucs (y)<UDS Lös med: 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Ström och kanal – linjära området UDS=UGS-Uth Ugs<Uth Ugs>Uth UDS>Uth+ Ugs 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Ström och kanal – mättnadsområdet UDS=UGS-Uth Pinch – off: IDS oberoende av UDS UDS>UGS-Uth UDS=UGS-Uth UDS<UGS-Uth 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

2 minuters övning – negativa UDS IDS IDS B +UDS IDS UDS UDS + Vgs IDS IDS C D - Drain UDS UDS 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2012

Föreläsning 11, Komponentfysik 2013 Ström – ideal nMOS UDS=UGS-Uth IG=0 UDS> UGS Linjära Mättnadsområdet Biaseras så att: UDS>UGS-Uth UGS > Uth Strypd (UGS< U TH) Linjära området Mättnadsområdet 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Föreläsning 11, Komponentfysik 2013 Exempel - nMOS UTH=1.0 V Cox’=3 mF/m2 µn=0.135 m2/Vs L=5 µm Z=50 µm Beräkna strömmen för UDS=0.5, 1, 2 & 3V om UGS=0V UDS=0.5, 1, 2 & 3V om UGS=2.5V Linjära området Mättnadsområdet 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Ström – icke ideal nMOS, kanallängdsmodulation Kanallängdsmodulation i mättnadsområdet Ger utgångskonduktans l typiskt 0.005-0.05 V-1 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Exempel – nMOS med utgångdkonduktans UTH=1.0 V Cox’=3 mF/m2 µn=0.135 m2/Vs L=5 µm Z=50 µm l=0.02 V-1 Beräkna strömmen för UDS=0.5, 1, 2 & 3V om UGS=0V UDS=0.5, 1, 2 & 3V om UGS=2.5V Linjära området Mättnadsområdet 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

DC – Storsignalmodell, mättnadsområdet Ideal: IG gate drain IDS UDS > UGS-Uth + UGS Uds k∙(UGS-Uth)2 - Source Bara om: UGS > Uth UDS>UGS+Uth Icke Ideal: IG gate drain IDS + UGS Uds - IG = 0 Source (1+lUDS)∙k(UGS-Uth)2 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Föreläsning 11, Komponentfysik 2013 Flatband-shift ”Ideal” MOSFET ”Verklig” MOSFET EFsub EV EC Ei EFgate  EFsub EV EC Ei EFgate  EFsub EV EC Ei EFgate  2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

2 minuter övning. nMOSFET “inverterad” +UDS +USD IDS Skissa I-V om vi har biaserat en nMOSFET ”inverterad”! ISD UGS > 0 UGD > 0 IDS UDS Mättnad Linjärt “pinch-off” n-MOSFET ISD UGS ökar n-MOSFET USD 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Föreläsning 11, Komponentfysik 2013 PMOS UGS = - 1.0V UGS = - 0.2V UGS = - 0.4V UGS Gate Source Drain Isolator – SiO2 UDS=-1V N-typ semiconductor P++ P++ IDS = - 1 mA Attrahera hål vid ytan – slås på då UGS är negativ! Korrekt operation - UDS < 0V 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Föreläsning 11, Komponentfysik 2013 nMOS och pMOS +2.0 V nMOS: IDS positiv UDS positiv Strömmen flyter från drain till source pMOS: IDS negativ UDS negativ ISD positiv Strömmen flyter från source till drain +2.0 V -qUGS IDS ISD IDS UDS Mättnad Linjärt “pinch-off” p-MOSFET IDS UGS > 0 UGS < 0 IDS UDS Mättnad Linjärt “pinch-off” n-MOSFET UGS ökar UGS minskar 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013

Föreläsning 11, Komponentfysik 2013 Sammanfattning Z: MOSFETs bredd (m) IDS,sat : mättnadsströmmen efter pinchoff (A) l: kanallängsmodulationsfaktor (V-1) 2018-12-27 Föreläsning 11, Komponentfysik 2013