Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Térvezérelt tranzisztorok.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Térvezérelt tranzisztorok."— Előadás másolata:

1 http://www.eet.bme.hu Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Térvezérelt tranzisztorok II. A MOSFET-ek http://www.eet.bme.hu/~poppe/miel/hu/12-MOSFET1.ppt

2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 2 Ismétlés: ► Működési elv: térvezérlés, JFET, MOSFET ► MOSFET alaptípusok, jelölések ► Felületi jelenségek

3 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 3 Térvezérelt tranzisztorok 1 ► FET = Field Effect Transistor – a töltéshordozók áramlását elektromos térerősséggel befolyásoljuk Keresztirányú térerő vezérel Csatorna (forrás) (kapu) (nyelő) JUNCTION FET: pn-átmenet kiürített rétege zárja el a csatornát ► Unipoláris eszköz: többségi töltéshordozók vezetnek ► Vezérlő teljesítmény  0 Legfontosabb paraméter: U 0 elzáródási feszültség

4 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 4 Térvezérelt tranzisztorok 2 ► MOSFET: Metal-Oxide-Semiconductor FET Első alaptípus: kiürítéses (depletion mode) Legfontosabb paraméter: U 0 elzáródási feszültség - Bulk Második alaptípus: növekményes (enhancement mode) Legfontosabb paraméter: V T küszöbfeszültség (threshold voltage) Ezt használjuk a leggyakrabban +

5 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 5 Térvezérelt tranzisztorok 3 ► Jelölések:

6 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 6 MOSFET-ek ► Növekményes MOSFET realisztikusabb keresztmetszeti rajza: Gate oxide n+ SourceDrain p substrate Bulk contact p+ stopper Field-Oxide (SiO 2 ) n+ Polysilicon Gate

7 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 7 Legmodernebb MOSFET-ek: ► 2007/2008, Intel:

8 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 8 Hogy készül?

9 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 9 Poli-Si gate-es tranzisztor PSG fémezés, kontaktus Vékony oxidSource/drain adalékoláspoli-Si gate Struktúra: Layout: L W

10 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 10 Egy önillesztő poli-Si gate-es MOS technológia 1) Ablaknyitás az aktív területnek M  Fotolitográfia, oxidmarás 2) Vékony oxid növesztése 3) Bújtatott kontaktusok kialakításaM  A leválasztandó poli-Si a hordozóval érintkezik. Adalékolás után az aktív réteggel kontaktusba kerül. 3) Poli-Si leválasztás 4) Poli-Si mintázat kialakításaM 5) Ablaknyitás a vékony oxidon át

11 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 11 Egy önillesztő poli-Si gate-es MOS technológia 6) n+ adalékolás: Source és drain valamint diffúziós vezetékek kialakítása. Bújtatott kontaktusnál a poli-Si-ot a diffúziós réteghez köti. 7) Foszfor-szilikát üveg (PSG) szigetelő réteg leválasztása 8) Kontaktus ablakok nyitása a PSG-n M 9) Fémezés felvitele 10) Fémezés mintázat kialakításaM

12 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 12 Fém gate-es MOS tranzisztor A mélységi struktúra: Layout rajzolat: Vékony oxid Drain adalékolás Source adalékolás Gate Drain kontaktus Source Gondok: fém gate – nagy V T pontos maszk illesztés kell

13 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 13 Poli-Si gate-es MOS tranzisztor A mélységi struktúra: Layout rajzolat: Vékony oxid Drain adalékolás Source adalékolás Gate Drain kontaktus Source Előnyei kisebb V T önillesztés

14 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 14 A poli-Si gate-es nMOS technológia ► Kiindulás: p típusú szubsztrát (Si szelet) tisztítás, majd vastag SiO 2 (field oxide) növesztése

15 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 15 exponálás UV fénnyel maszkon keresztül, A poli-Si gate-es nMOS technológia ► Aktív zóna kialakítása fotolitográfiával fotoreziszt felvitele, előhívás, exponált reziszt eltávolítása SiO 2 kémiai marása,fotoreziszt maradékénak eltávolítása M1: aktív zóna

16 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 16 poli-Si marása, A poli-Si gate-es nMOS technológia ► Gate kialakítása: poli-Si mintázat kialakítása fotolitográfiával vékony oxid növesztése poli-Si leválasztása (reziszt, exponálás,előhívás) vékony oxid marása M2: poli-Si mintázat

17 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 17 A poli-Si gate-es nMOS technológia ► S/D adalékolás (inplantáció) az oxid (vékony, vastag) maszkolja az adalékolást megvalósul a gate önillesztése ► Foszfor-szilikát üveg (PSG) leválasztása: passziválás

18 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 18 A poli-Si gate-es nMOS technológia ► Kontaktusablakok nyitása fotolitográfia (reziszt, marás (mintázat átvitele) M3: kontaktus-mintázat mintázat fényképezése,előhívás) tisztítás

19 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 19 A poli-Si gate-es nMOS technológia ► Fémezés kialakítás Al leválasztása fotolitográfia, M4: féemezés-mintázat marás, tisztítás ► A technológia receptje kötött, a mélységi struktúrát egyértelműen meghatározzák az egymást követő maszkok ► Elegendő a maszkon kialakítandó alakzatokat megadni  az egymást követő maszkokon kialakítandó rajzolatok együttesét layout-nak nevezzük

20 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 20 Egy kiürítéses inverter layout rajza ► Layout = az egymást követő maszkokon kialakítandó 2D-s alakzatok együttese ► Minden egyes maszkhoz színkódot rendelünk:  aktív terület: piros  poli-Si: zöld  kontaktusok:fekete  fémezés:kék ► Maszk == layout sík (réteg) S G D S G D Hol van tranzisztor? Ahol adalékolt régió között csatorna lehet CHANNEL = ACTIVE AND POLY Inverter működés: lásd később

21 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 21 További témáink: ► A MOS tranzisztorok működésének áttekintése ► Karakterisztikák ► Másodlagos jelenségek ► Modellek

22 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 22 MOSFET-ek működése ► A működés legegyszerűbb (logikai) modellje:  nem vezet (off) / vezet (on) Gate Source (of carriers) Drain (of carriers) | V GS | | V GS | < | V T | | V GS | > | V T | Open (off) (Gate = ‘0’) Closed (on) (Gate = ‘1’) R on szakadásban vezetésben növekményes eszköz

23 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 23 MOSFET-ek működése ► n-csatornás eszköz:  elektronok vezetnek ► p-csatornás eszköz:  lyukak vezetnek  működés elve u.a., mint az n-csatornás eszközök esetében; előjel váltás ► Normally OFF device: 0 vezérlőfeszültség esetén "szakadásban" (növekményes tranzisztor) ► Normally ON device: 0 vezérlőfeszültség esetén "vezetésben" (kiürítéses tranzisztor)

24 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 24 MOSFET típusok áttekintése

25 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 25 A működés áttekintése  Térerősség hatására pozitív töltések halmozódnak fel a fém elektródán a p-típusú félvzetőben –először "kisöprődnek" a pozitív töltéshordo- zók, így kiürített réteg keletkezik –tovább növelve a térerősséget, a fém alá negatív töltéshordozók vándorolnak a bulk-ból –majd egy köszöbértéket meghaladó feszültség esetén teljesen "invertálódik" a félvezető- anyag típusa: kialakul az ún. inverziós réteg  V T küszöbfeszültség – inverziós réteg kialakulásához szükséges minimális feszültség; függ: a félvezetőanyag energiaszintjeitől az oxid vastagságától és dielektromos állandójától a Si adalékolásától és dielektromos állandójától ► A működés alapja az ún. MOS kapacitás:

26 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 26 ► A MOS kapacitást önmagában is használják, pl. a CCD eszközökben (charge coupled devices)

27 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 27 A működés áttekintése ► Felületi jelenségek a MOS kapacitás esetében Erős inverzió: U F = 2  F

28 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 28 A MOS tranzisztor ► MOS kapacitás a két végén egy-egy elektródával kiegészítve ► n-csatornás eszköz: elektronok vezetnek ► p-csatornás eszköz: lyukak vezetnek

29 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 29 A MOS tranzisztor kvalitatív működése ► Ha V GS > V T, kialakul az inverziós réteg  a csatornában a drain-hez sodródott elektronok itt elnyelődnek és az n+ régióba kerülnek, zárul az áramkör  az n+ régió a source-nál elektronokat tud injektálni a csatornába  a drain alkalmas (pozitív) potenciálja beindítja az elektronok áramlását a csatornában,  a drain pozitív potenciálja záró irányban előfeszíti az n+ régió által formált pn átmenetet n+

30 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 30 A MOS tranzisztor kvalitatív működése  a csatornában lévő töltéshordozó-sűrűség a V GS feszültségtől függ  a csatornában feszültségesés jön létre, ezért az inverziós réteg vastagsága a csatorna mentén egyre csökken  egy adott V DSsat ún. szaturációs feszültségnél a csatorna a drain-nél elzáródik, ez az ún. pinch-off V DSsat = V GS - V T Az elzáródás bekövetkezte után a MOS tranzisztor ún. telítéses üzemmódban dolgozik, a drain feszültség tovább nem befolyásolja a csatorna áramot. n+

31 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 31 A MOS tranzisztor kvalitatív működése A pinch-off régióban a töltéstranszport diffúziós áram révén valósul meg.

32 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 32 Feszültség-áram karakterisztikák kimeneti karakterisztika: I D =f(U DS ), parameter: U GS transzfer karakterisztika: I D =f(U GS ) Kimeneti karakterisztika: Szaturációban (telítésben): Az áramkörtervező csak a tranzisztor geometriáját, W-t és L-et befolyásolja áramállandó

33 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 33 PÉLDA Számoljuk ki egy MOS tranzisztor telítési áramát U GS =5V esetében, ha V T =1V, és a geometriai méretek a) W= 5μm, L=0.4μm, b) W= 0.8μm, L=5μm ! a) b)b) A W/L arány változtatásával a drain áram nagyságrendekkel változtatható

34 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 34 Feszültség-áram karakterisztika I D (A) V DS (V) X 10 -4 V GS = 1.0V V GS = 1.5V V GS = 2.0V V GS = 2.5V lineárisszaturáció V DSsat = V GS - V T Négyzetes függés nMOS tranzisztor, 0.25um, L d = 10um, W/L = 1.5, V DD = 2.5V, V T = 0.4V cut-off feszültség vezérelt lineáris ellenállás feszültség vezérelt áramforrás

35 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 35 A működés fizikai áttekintése: ► Töltés és potenciálviszonyok a felületen ► A küszöbfeszültség ► A karakterisztika levezetése ► Másodlagos jelenségek

36 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 36 A MOS struktúra potenciálviszonyai

37 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 37 A MOS struktúra potenciálviszonyai

38 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 38 A MOS tranzisztor küszöbfeszültsége

39 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 39 A MOS tranzisztor küszöbfeszültsége

40 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 40 A MOS tranzisztor küszöbfeszültsége Bulk állandó: Flat-band potenciál: FBF T V   SBF U  2 2 P 

41 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 41 Egy MOS struktúra adatai: N a = 4  10 15 /cm 3, a Si relatív dielektromos állandója 11,8, az oxidé 3,9, az oxid vastagsága d ox = 0,03  m,  MS = 0,2 V, Q SS -t elhanyagoljuk. Számítsuk ki a Fermi potenciált, az oxid kapacitást, a bulk állandót és a küszöb-feszültséget U SB = 0 V mellett! PÉLDA

42 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 42 A növekményes MOS tranzisztor karakterisztikája A következőkben kiszámoljuk!

43 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 43 A karakterisztika egyenlet levezetése U(0) = U GS, U(L) = U GD Q i (U) = Q i [U(x)]

44 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 44 A karakterisztika egyenlet levezetése

45 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 45 A karakterisztika egyenlet levezetése Minden működési tartományra!

46 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 46 A telítéses működés Minden működési tartományra! Telítés: U GD < V T

47 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 47 MOSFET típusok áttekintése

48 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 48 Eltolt küszöbfeszültségű növekményes Kiürítéses MOS tranzisztor

49 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 49 A MOS tranzisztor kapacitásai Bulk S/D – B kapacitások: lezárt PN átmenet

50 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 50 A gate kapacitás: t ox n + n + Cross section L Gate oxide x d x d L d Polysilicon gate Top view Gate-bulk overlap Source n + Drain n + W

51 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 51 Másodlagos hatások ► Csatornarövidülés ► Keskenycsatornás viselkedés ► Hőmérsékletfüggés ► Küszöb alatti áram (subthreshold current)

52 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 52 A küszöbfeszültség függése a geometriától Rövid csatorna: V T csökken Keskeny csatorna: V T növekszik

53 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 53 Sebesség telítődés ► Rövid csatornás eszközök működését befolyásolja Egy L = 0.25  m csatorna hosszúságú eszközben néhány voltnyi potenciálkülönbség a D és a S között elegendő a sebesség telítődéshez Sebesség telítődés (velocity saturation) a töltséhordozók sebessége egy adott térerősség felett állandóvá válik (a sok ütközés miatt)  (V/  m)  n (m/s)  sat =10 5 állandó sebesség konstans mozgékonyság (meredekség =  ) c= c= 5

54 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 54 Sebesség telítődés ► Rövid csatornás eszköznél a szaturáció korábban bekövetkezik IDID Long channel devices Short channel devices V DSAT V GS -V T V GS = V DD VDSVDS

55 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 55 Rövid csatornás karakterisztika I D (A) V DS (V) X 10 -4 V GS = 1.0V V GS = 1.5V V GS = 2.0V V GS = 2.5V Linear dependence Korai sebesség telítődés LinearSaturation nMOS tranzisztor, 0.25um, L d = 10um, W/L = 1.5, V DD = 2.5V, V T = 0.4V

56 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 56 Hőmérsékletfüggés

57 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 57 Küszöb alatti vezetés (áram) ► Egy adott V T feltételezése egy "durva" modell; valójában az áram a gate feszültséggel exponenciálisan tűnik el I D (A) V GS (V) 10 -12 10 -2 Küszöb alatti, exponenciális tartomány négyzetes tartomány lineáris tartomány VTVT I D ~ I S e (qV GS /nkT) ahol n  1

58 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 58 Küszöb alatti vezetés (áram) ► Folytonos átmenet az ON és az OFF állapot közt  A küszöb alatti áram nemkívánatos: erős eltérés a kapcsoló modelltől ► I 0, n – empírikus paraméterek, n jellemzően 1.5 ► Slope factor: S = n (kT/q) ln (10) (tipikusan: 60..100 mV/dekád) – minél kisebb, annál jobb, n értékétől függ. Ún. SOI technikával csökkenthető: SiO 2 Si Si szubsztrát pl. SIMOX technológia

59 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 59 Subthreshold I D (V GS ) karakterisztika V DS : 0.. 0.5V

60 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 60 Subthreshold I D (V DS ) karakterisztika V GS : 0.. 0.3V

61 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 61 MOS tranzisztor modellek ► Áramkörszimuláció (SPICE, TRANZ-TRAN, ELDO, SABER, stb) számára szükségesek ► Különböző komplexitás:  level0, 1, 2,...n,  EKV,  BSIM3, BSIM4

62 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 62 Gyakorlati kivitel Elektron-mikroszkópos felvétel Felvétel optikai mikroszkóppal S G D

63 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 63 Néhány bonyolultabb áramkör: n- és p-csatornás eszközök vegyesen: CMOS technika, lásd később

64 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2010-11-03 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008 64 Néhány bonyolultabb áramkör: Tervezéshez: CAD programok, l. labor


Letölteni ppt "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Térvezérelt tranzisztorok."

Hasonló előadás


Google Hirdetések