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PSI 2223 – Introdução à EletrônicaProgramação para a Terceira Prova

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18ª Aula: A equação da corrente ID em um

MOSFET

Ao final desta aula você deverá estar apto a:

-Contar um pouco da história do transistor de efeito de campo (FET)

-Explicar porque empregamos os nomes “MOSFET canal n” ou “MOSFET canal p”

-Mostrar o princípio de funcionamento do FET tipo MOS

-Explicar o comportamento da corrente de dreno em um gráfico corrente de dreno em função da tensão dreno-fonte

-Identificar as regiões triodo e de saturação, mostrando onde o transistor MOSFET possui uma relação ôhmica entre ID e VDS

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Relembrando:Aplicando um pequeno valor de VDS

(VDS < 100~200 mV)(região triodo com comportamento

resistivo)

N N

P

Vamos adotar comportamento resistivo para VDS < 100mV

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N N

P

A operação com o

Aumento de VDS

(região triodo mas

100mV < VDS ≤ VGS - Vt )

Figura 5.5

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Resumindo a Região Triodo

N N

P

(VDS ≤ 100 mV)100mV < VDS ≤ VGS − Vt

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Canal

≤ 100 mV

100mV ≤ VDS

VGS

0 V VDSv(x)x

y

óxidometal

TOTAL

xDS r

rVVxv )0()(

rx rTOTAL

x

DS

DS

TOTAL

DSD r

VrV

I

Deduzindo a lei do transistor FET para a região triodo com

comportamento resistivo

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VGS

0 V VDS

x

y

óxidometal

x

100mV < VDS ≤ VGS − Vt

dx

dtdx

dxdq

dtdq

iD

toxox

ox

áreaunidox t

C

dxWCC oxWdx

)()()( xvVvdxWCdqCdVdq tGSox

ID??

dxxdv

xEdtdx

nn

)()(

Porta

dx

Deduzindo a lei do transistor FET para a região triodo com comportamento não resistivo

(não linear)

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100mV < VDS ≤ VGS − Vt

dtdx

dxdq

dtdq

iD

tGSox VxvvdxWCdqCdVdq )()(

dxxdv

xEdtdx

nn

)()(

dxxdv

VxvvWCi tGSoxnD

)()(

)()( xdvVxvvWCdxi tGSoxnD

DSV

tGSoxn

L

o D xdvVxvvWCdxi0

)()(

Deduzindo a lei do transistor FET para a região triodo não

linear

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100mV < VDS ≤ VGS − Vt

DSV

tGSoxn

L

o D xdvVxvvWCdxi0

)()(

2

2

1)( DSDStGSoxnD vvVv

LW

Ci

)(1

)(

tGSoxnDS

DStGSoxnD

tGSDS

VvLW

Cr

vVvLW

Ci

VvvSe

kn´

Deduzindo a lei do transistor FET para a região triodo não

linear

Nosso critério de VDS < 100mV na verdade é VDS << VGS – Vt !!!

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VDS > VGS - Vt

ID praticamente constante e igual a ID quando vDS= vGS-Vt

Deduzindo a lei do transistor FET

para a região de saturação

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VDS > VGS - Vt

ID praticamente constante e igual a ID quando vDS= vGS-Vt

2

2

1)( DSDStGSoxnD vvVv

LW

Ci

2)(2

1tGSoxnD Vv

LW

Ci

Deduzindo a lei do transistor FET

para a região de saturação

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Equações de IEquações de IDD=f(V=f(VGSGS, , VVDSDS) de 1) de 1aa Ordem Ordem• Região Triodo: 0<

VDS VGS-Vt

2

VVVV

L

W kI

2DS

DStGSnD

• Região de Saturação: 0< VGS-Vt VDS

2

VV

L

WkI

2tGS

nD

onde oxnox

oxn .Cμx

εμnk

(Parâmetro de Transcondu- tância do processo [A/V2])

Resumindo o NMOSFETNMOSFET

• Região de Corte: VGS Vt ou VGS-Vt

0 ID=0

)(

)(

tGSoxnDS

DStGSoxnD

VvLW

Cr

vVvLW

CI

1

Linear ( se VDS

<< VGS-Vt )Parabólica

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Uma Palavra sobre a Região de CorteVGS > Vt

•Supusemos que quando VGS < Vt o MOSFET está completamentecortado

•No entanto quando VGS levemente menor que Vt um pequena corrente ID flui

•É a chamada região de sub-limiar (sub-threshold), onde no fundo ID guarda uma relação exponencial com VGS

•Essa região de sublimiar encontra um número cada vez maior de aplicações nos dias de hoje pois consome menos potência

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Exemplo 4.1 Considere um processo tecnológico onde Lmin=0,4 m, tox = 8 nm, n=450 cm2/Vs, Vt=0,7V.

(a)Determine Cox e kn´(b)Para um MOSFET com W/L = 8 m/0,8 m, calcule os valores

de VGS e VDSmin necessários para operar o transistor na saturação com uma corrente ID=100 A

(c)Para o dispositivo em (b) determine o valor de VGS onde o transistor opera como um resistor de 1000 parapequenos VDS