MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Térvezérelt tranzisztorok II. A MOSFET-ek http://www.eet.bme.hu/~poppe/miel/hu/12-mosfet1.ppt http://www.eet.bme.hu

Ismétlés: Működési elv: térvezérlés, JFET, MOSFET MOSFET alaptípusok, jelölések Felületi jelenségek 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 2

Térvezérelt tranzisztorok 1 FET = Field Effect Transistor a töltéshordozók áramlását elektromos térerősséggel befolyásoljuk (kapu) (forrás) Csatorna (nyelő) JNCTION FET: pn-átmenet kiürített rétege zárja el a csatornát Legfontosabb paraméter: 0 elzáródási feszültség Keresztirányú térerő vezérel nipoláris eszköz: többségi töltéshordozók vezetnek Vezérlő teljesítmény 0 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 3

Térvezérelt tranzisztorok 2 MOSFET: Metal-Oxide-Semiconductor FET - + Első alaptípus: kiürítéses (depletion mode) Bulk Legfontosabb paraméter: 0 elzáródási feszültség Bulk Második alaptípus: növekményes (enhancement mode) Legfontosabb paraméter: V T küszöbfeszültség (threshold voltage) Ezt használjuk a leggyakrabban 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 4

Térvezérelt tranzisztorok 3 Jelölések: 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 5

MOSFET-ek Növekményes MOSFET realisztikusabb keresztmetszeti rajza: Gate oxide Source n+ Polysilicon Gate Drain n+ Field-Oxide (SiO 2 ) p substrate p+ stopper Bulk contact 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 6

Legmodernebb MOSFET-ek: 2007/2008, Intel: 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 7

Hogy készül? 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 8

Fém gate-es MOS tranzisztor A mélységi struktúra: Layout rajzolat: Source adalékolás Gate Drain adalékolás Vékony oxid Source Gondok: fém gate nagy V T pontos maszk illesztés kell Drain kontaktus 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 9

Poli-Si gate-es MOS tranzisztor A mélységi struktúra: Layout rajzolat: Source adalékolás Gate Drain adalékolás Vékony oxid Source Előnyei kisebb V T önillesztés Drain kontaktus 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 10

A poli-si gate-es nmos technológia Kiindulás: p típusú szubsztrát (Si szelet) tisztítás, majd vastag SiO 2 (field oxide) növesztése 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 11

A poli-si gate-es nmos technológia Aktív zóna kialakítása fotolitográfiával fotoreziszt felvitele, exponálás V fénnyel maszkon keresztül, előhívás, exponált reziszt eltávolítása SiO 2 kémiai marása, fotoreziszt maradékénak eltávolítása M1: aktív zóna 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 12

A poli-si gate-es nmos technológia Gate kialakítása: vékony oxid növesztése poli-si leválasztása poli-si mintázat kialakítása fotolitográfiával poli-si marása, vékony oxid marása (reziszt, exponálás, előhívás) M2: poli-si mintázat 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 13

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 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 14

A poli-si gate-es nmos technológia Kontaktusablakok nyitása fotolitográfia (reziszt, mintázat fényképezése, előhívás) marás (mintázat átvitele) tisztítás M3: kontaktus-mintázat 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 15

A poli-si gate-es nmos technológia Fémezés kialakítás Al leválasztása fotolitográfia, marás, tisztítás M4: féemezés-mintázat 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 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 16

Poli-Si gate-es tranzisztor Struktúra: PSG Layout: Source/drain adalékolás Vékony oxid poli-si gate fémezés, kontaktus W L 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 17

Egy kiürítéses inverter layout rajza S G D S G D Layout = az egymást követő maszkokon kialakítandó 2D-s alakzatok együttese Minden egyes maszkhoz színkódot rendelünk: aktív terület: poli-si: kontaktusok: fémezés: Maszk == layout sík (réteg) piros zöld fekete kék Inverter működés: lásd később Hol van tranzisztor? Ahol adalékolt régió között csatorna lehet CHANNEL = ACTIVE AND POLY 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 18

Egy önillesztő poli-si gate-es MOS technológia 1) Ablaknyitás az aktív területnek M Fotolitográfia, oxidmarás 2) Vékony oxid növesztése 3) Bújtatott kontaktusok kialakítása M A leválasztandó poli-si a hordozóval érintkezik. Adalékolás után az aktív réteggel kontaktusba kerül. 3) Poli-Si leválasztás 4) Poli-Si mintázat kialakítása M 5) Ablaknyitás a vékony oxidon át 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 19

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 kialakítása M 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 20

További témáink: A MOS tranzisztorok működésének áttekintése Karakterisztikák Másodlagos jelenségek Modellek 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 21

MOSFET-ek működése A működés legegyszerűbb (logikai) modellje: nem vezet (off) / vezet (on) V GS Gate Source (of carriers) Drain (of carriers) növekményes eszköz Open (off) (Gate = 0 ) Closed (on) (Gate = 1 ) R on V GS < V T V GS > V T szakadásban vezetésben 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 22

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) 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 23

MOSFET típusok áttekintése 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 24

A működés áttekintése A működés alapja az ún. MOS kapacitás: Térerősség hatására pozitív töltések halmozódnak fel a fém elektródán a p-típusú félvzetőben először "kisöprődnek" a pozitív töltéshordozók, 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 félvezetőanyag 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 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 25

A MOS kapacitást önmagában is használják, pl. a CCD eszközökben (charge coupled devices) 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 26

A működés áttekintése Felületi jelenségek a MOS kapacitás esetében Erős inverzió: p = F =2 Φ F n i W exp i W kt F p W ~ exp F W kt v Φ F = W i W q F = kt q ln p n i T ln N n a i 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 27

A MOS tranzisztor MOS kapacitás a két végén egy-egy elektródával kiegészítve n-csatornás eszköz: elektronok vezetnek p-csatornás eszköz: lyukak vezetnek 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 28

A MOS tranzisztor kvalitatív működése Ha V GS >V T, kialakul az inverziós réteg 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 a csatornában a drain-hez sodródott elektronok itt elnyelődnek és az n+ régióba kerülnek, zárul az áramkör n+ n+ n+ 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 29

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 n+ n+ 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. 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 30

A MOS tranzisztor kvalitatív működése A pinch-off régióban a töltéstranszport diffúziós áram révén valósul meg. 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 31

Feszültség-áram karakterisztikák kimeneti karakterisztika: I D =f( DS ), parameter: GS transzfer karakterisztika: I D =f( GS ) Kimeneti karakterisztika: Szaturációban (telítésben): I D K = W L μn 2 μ ε t ox ε t ox ox ( V V ) 2 GS n ox = áramállandó Az áramkörtervező csak a tranzisztor geometriáját, W-t és L-et befolyásolja T 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 32

PÉLDA Számoljuk ki egy MOS tranzisztor telítési áramát GS =5V esetében, ha μnε ox 2 K = = 110μA / V V T =1V, és a geometriai méretek tox a) W= 5μm, L=0.4μm, b) W= 0.8μm, L=5μm! a) W K 2 5 110 6 2 3 I D = ( GS VT ) = 10 (5 1) = 11 10 A = 11mA L 2 0.4 2 W K 2 0.8 110 6 2 6 b) I D = ( GS VT ) = 10 (5 1) = 141 10 A = 141μA L 2 5 2 A W/L arány változtatásával a drain áram nagyságrendekkel változtatható 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 33

Feszültség-áram karakterisztika I D (A) cut-off 6 5 4 3 2 1 0 X 10-4 V DSsat = V GS -V T feszültség vezérelt lineáris ellenállás lineáris V GS = 2.5V V GS = 2.0V szaturáció feszültség vezérelt áramforrás V GS = 1.5V V GS = 1.0V 0 0.5 1 1.5 2 2.5 V DS (V) Négyzetes függés nmos tranzisztor, 0.25um, L d = 10um, W/L = 1.5, V DD = 2.5V, V T = 0.4V 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 34

A működés fizikai áttekintése: Töltés és potenciálviszonyok a felületen A küszöbfeszültség A karakterisztika levezetése Másodlagos jelenségek 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 35

A MOS struktúra potenciálviszonyai GB = ox + F + Φ MS Q = Q Q + G SC SS Q i C = ε d ox 0 G ox ox Q = C 0 Q SC = qn a S 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 36

A MOS struktúra potenciálviszonyai GB G = ox SC + F SS + Φ Q = Q Q + Q QG = C0 ox Q SC = qn a S MS i Q = i Q C i = 0 = Q G ox C s Q 0 ( 2ε qn SC 2ε qn GB a + s Q F SS a F + = F Φ Q SS + MS Q SS ) Q SC = qn a 2ε s qn a F = 2ε qn s a F 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 37

A MOS tranzisztor küszöbfeszültsége F = 2Φ + = 2Φ F F F SB 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 38

A MOS tranzisztor küszöbfeszültsége Q = C 2Φ Φ ) 2ε qn 2Φ + + i 0 ( GB F SB MS s a F SB Q SS V T = GS Q i =0 Q i C 0 ( V ) GS T Q 2 ε qn SS s a V T = 2Φ F + ΦMS + 2Φ F + C0 C0 SB 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 39

A MOS tranzisztor küszöbfeszültsége Q 2 ε qn SS s a V T = 2Φ F + ΦMS + 2Φ F + C0 C0 SB Flat-band potenciál: Φ FB = Φ MS Q SS C 0 Bulk állandó: V = 2Φ + Φ + P T F FB 2Φ + F SB P = 2 ε s C qn 0 a 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 40

PÉLDA 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 μm, Φ MS = 0,2 V, Q SS -t elhanyagoljuk. Számítsuk ki a Fermi potenciált, az oxid kapacitást, a bulk állandót és a küszöb-feszültséget SB = 0 V mellett! P = C Na 4 10 Φ F = T ln = 0,026 ln = 0, 335V 10 n 10 i 12 εox 8,86 10 3,9 3 2 0 = = = 1,1 10 F / m = 1100 pf / 8 dox 3 10 2 ε s C qn 0 a 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 41 15 mm 12 19 21 2 8,86 10 11,7 1,6 10 4 10 P = = 0,331 3 1,1 10 Q 2 ε qn SS s a V T = 2Φ F + Φ MS + 2Φ F + C0 C0 V T = 2 0,335 + 0,2 + 0,331 2 0,335 = 1, 14 V SB 2 V 1/ 2

A növekményes MOS tranzisztor karakterisztikája A következőkben kiszámoljuk! 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 42

A karakterisztika egyenlet levezetése (0) = GS, (L) = GD Q i () = Q i [(x)] I D = Q W v i v = μe = d μ dx I D d ( ) Wμ dx L d = Q I dx W Q dx i D = μ i dx 0 L 0 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 43

A karakterisztika egyenlet levezetése L 0 I D dx = Wμ L 0 GD Q i d dx I L = Wμ Q ( ) I D D I D GS W = μ L = W L GD GS μ C i 0 C 2 d dx ( ) 0 V d = ( V ) 0 T Q ( ( x ) = C ) i 0 V T μ C 2 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 44 W L [( ) ( ) 2 ] 2 V V GS T GD T 2 T GS GD

2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 45 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem A karakterisztika egyenlet levezetése ( ) ( ) [ ] 2 2 0 2 T GD T GS D V V C L W I = μ [ ] ) ( ) ( 2 0 GD GS D F F C L W I = μ > = T T T V ha V ha V F 0 ) ( ) ( 2 Minden működési tartományra!

2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 46 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem A telítéses működés [ ] ) ( ) ( 2 0 GD GS D F F C L W I = μ > = T T T V ha V ha V F 0 ) ( ) ( 2 Minden működési tartományra! ( ) 2 0 2 T GS D V C L W I = μ Telítés: GD < V T

MOSFET típusok áttekintése 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 47

Kiürítéses MOS tranzisztor Eltolt küszöbfeszültségű növekményes 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 48

Kiürítéses MOS tranzisztor Eltolt küszöbfeszültségű növekményes 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 49

A MOS tranzisztor kapacitásai Bulk Q = G f G ( GS, GD, GB ) Q = i f i ( GS, GD, GB ) S/D B kapacitások: lezárt PN átmenet 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 50 C gs = Q G GS

A gate kapacitás: Polysilicon gate Source n + x d x d W Drain n + L d Top view Gate-bulk overlap Gate oxide t ox n + L n + Cross section 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 51

Másodlagos hatások Csatornarövidülés Keskenycsatornás viselkedés Hőmérsékletfüggés Küszöb alatti áram (subthreshold current) 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 52

A küszöbfeszültség függése a geometriától Rövid csatorna: V T csökken Keskeny csatorna: V T növekszik 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 53

Sebesség telítődés Rövid csatornás eszközök működését befolyásolja υ n (m/s) 5 10 υ sat =10 5 állandó sebesség konstans mozgékonyság (meredekség = μ) Sebesség telítődés (velocity saturation) a töltséhordozók sebessége egy adott térerősség felett állandóvá válik (a sok ütközés miatt) 0 ξ c = 0 1.5 3 ξ(v/μm) Egy L = 0.25μm csatorna hosszúságú eszközben néhány voltnyi potenciálkülönbség a D és a S között elegendő a sebesség telítődéshez 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 54

Sebesség telítődés Rövid csatornás eszköznél a szaturáció korábban bekövetkezik I D V GS = V DD Long channel devices 10 Short channel devices 0 V DSAT V GS -V T V DS 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 55

Rövid csatornás karakterisztika 2.5 2 X 10-4 Korai sebesség telítődés V GS = 2.5V I D (A) 1.5 1 0.5 Linear Saturation V GS = 2.0V V GS = 1.5V V GS = 1.0V Linear dependence 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 V DS (V) nmos tranzisztor, 0.25um, L d = 10um, W/L = 1.5, V DD = 2.5V, V T = 0.4V 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 56

Hőmérsékletfüggés I D = W L μ C 2 0 ( V ) 2 GS T 1 dμ o = 0,003... 0.006 / μ dt V T = 1,5... 4 mv T / o C C 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 57

Küszöb alatti vezetés (áram) Egy adott V T feltételezése egy "durva" modell; valójában az áram a gate feszültséggel exponenciálisan tűnik el 10-2 négyzetes tartomány lineáris tartomány I D (A) 10-12 Küszöb alatti, exponenciális tartomány V T I D ~ I S e (qv GS /nkt) ahol n 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 V GS (V) 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 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 D I ~ 0 e qv nkt 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: GS, n C =1+ C D ox Si pl. SIMOX technológia SiO 2 Si szubsztrát 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 59

Subthreshold I D (V GS ) karakterisztika V DS : 0.. 0.5V qvgs nkt I D I0e 1 e qv = kt DS 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 60

Subthreshold I D (V DS ) karakterisztika V GS : 0.. 0.3V I D qvgs qv = nkt kt I e 0 1 e DS ( 1+ λ V ) DS 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 61

MOS tranzisztor modellek Áramkörszimuláció (SPICE, TRANZ-TRAN, ELDO, SABER, stb) számára szükségesek Különböző komplexitás: level0, 1, 2,...n, EKV, BSIM3, BSIM4 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 62

Gyakorlati kivitel Felvétel optikai mikroszkóppal SG D S G D Elektron-mikroszkópos felvétel 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 63

Néhány bonyolultabb áramkör: n- és p-csatornás eszközök vegyesen: CMOS technika, lásd később 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 64

Néhány bonyolultabb áramkör: Tervezéshez: CAD programok, l. labor 2011-11-04 Térvezérelt tranzisztorok II.: A MOSFET-ek Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET 2008-2011 65