Transcript Structure MOS – transistor MOSFET

Structure MOS – transistor
MOSFET
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
1
plan

Structure Métal Oxyde Semi-conducteur

Différents régimes:






Capacité de la structure MOS Idéale
Structure MOS réelle




Présence de charge dans l’oxyde
Différence des travaux de sortie
Transistor MOS-FET
Inverseurs à transistor MOS-FET

Ph.Lorenzini
Accumulation
Désertion – Déplétion
Faible inversion
Forte inversion : tension de seuil de la structure

Inverseurs N-MOS
Inverseur C-MOS
2
Structure Métal Oxyde Semiconducteur
Figure 6.1
Capacité MOS
Eg
SC   SC 
  fi
2
e
Diagramme énergétiqueComposants
hors équilibre
Actifs - Structure MOS /
Ph.Lorenzini
MOS-FET
3
Mise en équilibre de la structure
Vd  M  SC
Métal
dV
, E
,
dx
SC
e SC
e M
EF
d 2V
 ( x)


dx2
 SC
Métal
e SC
EC
EF
SC
eVd
e SC
e M
EF
EV
dx
Système indépendant
Ph.Lorenzini
e SC
EC
EF
EV
Système à l’équilibre
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MOS-FET
4
Les différents régimes de
fonctionnement :
f(travaux de sortie)
(a) Accumulation
(b) Flat band
(c) Désertion – déplétion
(d) Faible inversion
(e) Forte inversion
Ph.Lorenzini
5
Les différents régimes de fonctionnement : f(Vg)
Ph.Lorenzini
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6
Champ, potentiel et charges dans le silicium
On se place dans le cas d’un semiconducteur de type p:

eFi  EF  EFi  0
Attention: dans certains
ouvrage, la définition est
sans la valeur absolue !!!!
V ( x  )  0, V ( x  0)  Vs, Vg
Ph.Lorenzini
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7
Champ, potentiel et charges dans le silicium
 Équation de Poisson:
 ( x)  ep( x)  n( x)  N D ( x)  N A ( x)

A
p 0  n0  N  N

D
e Fi
n0  ni exp( 
)
kT
e Fi
p0  ni exp(
)
kT
eV ( x)
e(V ( x)  Fi )
n( x)  n0 exp(
)  ni exp(
)
kT
kT
e(V ( x)  Fi )
p( x)  ni exp(
)
kT
Ph.Lorenzini
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8
Champ, potentiel et charges dans le silicium
eV ( x )
eV ( x )



kT
kT
 ( x )  e n0  p 0  p 0 e
 n0 e



d 2V ( x )
e


 SC
dx 2
eV ( x )
eV ( x )




kT
kT
 1)  n 0 (e
 1)
 p 0 (e


d 2V ( x) d  dV ( x)  d  dV ( x)  dV ( x)
 



2
dx  dx  dV  dx  dx
dx
dV ( x)  dV ( x) 
e
d

dx
 SC
 dx 
Ph.Lorenzini
eV ( x )
eV ( x )




kT
kT
 1)  n0 (e
 1) dV ( x)
 p 0 (e


9
Champ, potentiel et charges dans le silicium
• on intègre cette équation depuis de le volume (« bulk ») vers
dV ( x)
la surface
V(x=« bulk »)=0 et

dV ( x )
0
e
dx dV ( x )  dV ( x ) 
d



dx
 SC
 dx 
V ( x)

0
2
Ph.Lorenzini
bulk
eV ( x )
eV ( x )




kT
kT
 1)  n0 (e
 1) dV ( x)
 p 0 (e


Or le champ électrique est donné par:
2kTp0
 dV ( x) 
E 2 ( x)  


 SC
 dx 
dx
0
E ( x)  
dV ( x)
dx
 eV ( x ) kT eV ( x)  n0  eV ( x ) kT eV ( x) 

 1 

 1
e
 e
kT
kT
 p0 


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Champ, potentiel et charges dans le silicium
 dV ( x)   kT  2  eV ( x ) kT eV ( x)  n0  eV ( x ) kT eV ( x) 
2
E ( x)  

 1 

 1
    2  e
e
kT
kT
 dx   e  LD 
 p0 

2
2
Avec la longueur de Debye:
LD 
En utilisant le théorème de Gauss:
QSC
 SC kT
e 2 po
ES  
QSC
 SC
n0  eVS kT eV S

 kT   SC 2   eVS kT eV S
  

1 

 1
e
e
kT
p0 
kT
 e  LD 

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1
2
 Qmétal
11
Champ, potentiel et charges dans le silicium
QSC
2 
 kT  
   SC
e
 e  LD 
eVS
kT
eV
n 
 S 1  0  e
kT
p0 
eVS
kT
eV

 S  1
kT

1
2
 Qmétal
Pour Vs (donc Vg) négatif
(accumulation)
Pour Vs (donc Vg) positif mais
inférieur à 2fi
(déplétion – faible inversion)
Pour Vs (donc Vg) > 2fi
(forte inversion)
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Seuil de forte inversion
Critère pour le seuil de
forte inversion:
ns=p0=NA
2kT  N A 

VS  2 Fi 
ln 
e
 ni 
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13
Mesure de la capacité de la structure MOS idéale
VG
wP
MOS
+
t
i
V(t)
~
V(t)=sin(wmt)
t
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R
vref
Détection synchrone
(« lock in amplifier »)
14
Mesure de la capacité de la structure MOS
idéale
Lorsque l’on applique une tension Vg sur la grille,
celle ci se répartie entre l’oxyde et le SC:
 QSC
Vg  Vox  VS 
 VS
Cox
M O
S
Vg
Vox
Ph.Lorenzini
L’oxyde et le SC se
comporte comme des
capacités
VSC
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15
Mesure de la capacité de la structure MOS
idéale

Capacité d’oxyde:
Cox 

 ox
d ox
2
en F/cm
Elle s’exprime également par :
QM
dQM
Cox 

(VG  VS ) d (VG  VS )
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Mesure de la capacité de la structure MOS
idéale

Capacité du semi-conducteur
 (charge dans le SC) d (QSC ) d (QM )
CSC 


 (polarisati on du SC)
dVS
dVS
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Mesure de la capacité de la structure MOS
idéale

Capacité globale de la structure:
CMOS

dQM

dVG
Soit encore en combinant les 3 expressions:
1
1
1


soit 2 capacités en série
CMOS Cox CSC
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Mesure de la capacité de la structure MOS
idéale

La charge dans le SC dépend du régime de
fonctionnement 2 types de charges, fixes
et mobiles:
QSC  porteurs libres  charge fixes  QS  Qdep

Soit encore:
dQdepdep)
 (dQSS  dQ
dQdQ
dQ

scsc
sc
C
C
   CS Cdep
CSCSCSC
dVdV
dVdV
dVS
dV
S
SS
S
S
Ph.Lorenzini
19
Mesure de la capacité de la structure MOS
idéale

Soit en résumé : la capacité MOS est la
mise en série de 2 capacités, dont l’une
variable est la mise en // des capacités
image du SC:
Cox
Csc
Ph.Lorenzini
Cox
Cs
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Cdep
20
Mesure de la capacité de la structure MOS
idéale

Conclusion: la capacité de la structure
complète est fonction au travers de CSC du
régime de fonctionnement ,ie de la
polarisation VG.
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Capacité de la structure MOS idéale

Régime d’accumulation: VS<0 ie VG<0
2kT 

1  2kT e 
1
2kT

Q 1
e1   e
0 

1
1

 eL C1 


C
V

V


C
V gV S C
MOSC
ox
 
 

SC
eVS
2 kT
SC
D
MOS

ox
g
S
ox
 dQSC
e
e
CSC 

QSC 
Cox Vg  VS
dVs VS:0,3
2kTV à 0,4 V
2kT
kT=26 meV,
en acc,  dès
que VG>-1 à –2 V, CMOS = Cox
Ph.Lorenzini
22
Capacité de la structure MOS idéale
Régime de bandes plates: VS =0 V ie VG=0 V
(Attention : ici structure idéale !!!!!)

Calcul analytique:
C SC ( fb) 
 SC
LD
 ox
 ox
CMOS ( fb) 

 ox
dox 
LD dox   ox kT  SC
 SC
 SC e eN A
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23
Capacité de la structure MOS idéale

Régime de déplétion et de faible inversion:
(Attention : ici structure idéale !!!!!)
0  VS  2 Fi
Cox1
2 SC kT  ox
eVS 
CMOS (déplétion
QSC   ) 

 2eN A SCV2 S 2  Qdep
eLdD   ox
kTW
1  (2CoxVg /  SC eN A )
1
2
 SC dep 1
2


dQSC
eN A SC
 SC
 
CSC  
 
dVS  2VS 
Wdep
ox
Ph.Lorenzini
24
Capacité de la structure MOS idéale
accumulation
dep
???
Ph.Lorenzini
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25
Capacité de la structure MOS idéale

Régime de forte inversion:
(Attention : ici structure idéale !!!!!)
Quel est le mécanisme de formation de cette
couche d’inversion ?

SC type p: on doit créer des électrons à l’interface oxyde
– SC. D’où proviennent-ils?
 Métal : NON il y a l’oxyde
 SC (région neutre) : NON ce sont des minoritaires
+ZCE
Seule solution : génération thermique ou optique
Ph.Lorenzini
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26
Capacité de la structure MOS idéale

Régime de forte inversion:
(Attention : ici structure idéale !!!!!)

Où se passe la génération ?
Dans la ZCE + évacuation des charges par le
champ électrique
 Dans la zone neutre du SC

C’est le premier phénomène qui domine,
mais il est « lent ».
Ph.Lorenzini
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27
Capacité de la structure MOS idéale

Régime de forte inversion:
(Attention : ici structure idéale !!!!!)
Calcul du temps de création de la couche
d’inversion:

ni
gth 
2 m
La limite de forte inversion : nS = NA
g th S  N A
En fait :
Ph.Lorenzini
NA
 S  2 m
ni
NA
 S  1 - 10  m
ni
28
Capacité de la structure MOS idéale

Lors de la mesure de C(V), le résultat dépend si
oui ou non on « laisse le temps » à cette couche
de se former et d‘évoluer:
 si oui, on la mesure
 si non, c’est la couche de déplétion qui assure
la neutralité par augmentation de sa largeur.
Tout dépend de la fréquence de mesure
Ph.Lorenzini
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29
Capacité de la structure MOS idéale: forte
inversion
3 cas :
Basse fréquence
+
Rampe lente de Vg
Haute fréquence
+
Rampe lente de Vg
Q
Q
Q
x
Ph.Lorenzini
Haute fréquence
+
Rampe rapide de Vg
x
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x
30
Capacité de la structure MOS idéale: forte
inversion

Capacité minimum (HF):
BF
Wmax
2 sc
4 sckT

2Fi 
ln( N A / ni )
2
eN A
e NA
HF
1
1
4kT ln( N A / ni )


Cmin Cox
 sce2 N A
Ph.Lorenzini
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31
Capacité de la structure MOS idéale: forte
inversion

Gate-Controlled Diode

Dans cette configuration,
si Vg > VT, même en HF,
la couche d’inversion
suit la modulation de
grille car « réservoir »
par l’implantation n.
Vg
n+
n ou p
C(V), I(V)
p
Technique de caractérisation pour les
propriétés d’interface (mobilité du
canal, …)
Ph.Lorenzini
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MOS-FET
32
Structure MOS : cas réel

2 facteurs modifient le modèle « idéal » de
la capacité MOS.


Présence de charges dans l’oxyde ou à
l’interface Oxyde – SC.
Différence des travaux de sortie Métal et SC
Influence sur la tension de seuil VT de la
structure.
Ph.Lorenzini
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MOS-FET
33
MOS réel : charges dans l’oxyde

Répartition des charges dans
l’oxyde:




Charges ioniques mobiles
Charges piégées dans l’oxyde
Charges fixes dans l’oxyde
Charges piégées à l’interface SiSiO2
K+
Ioniques mobiles
Na+
----++++
SiO2
piégées
+++++
SiOx
x x x x
Si
En fonction de leur position dans l’oxyde, ces charges auront une
influence plus ou moins grande sur la population électronique sous
la grille.
Ph.Lorenzini
34
MOS réel : charges dans l’oxyde
Effet d’une charge pelliculaire dans l’oxyde sur le potentiel
de surface:
Q
La charge dans l’oxyde est

(x)
Vg=0V

Métal
Oxyde
0
Vg=Vfb
(x)
x1
Ph.Lorenzini
Si
x
Q
dox
-Q
compensée par une charge
dans le métal et le SC.
x
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
Si Vg=Vfb, par définition la
charge dans le SC est nulle.
Seul le métal fait « le
travail » pour compenser la
charge dans l’oxyde.
35
MOS réel : charges dans l’oxyde
À partir du théorème de Gauss:
E ( x)  
Vg  
x1
Qox
: Champ induit dans l’oxyde
 ox
xQox
 ox
x Qox

d ox Cox
Si la répartition est non uniforme:
Vg  V fb   0
d ox
Ph.Lorenzini
E
x ( x,VS )dx
 ox
 Q /  ox
x
: tension induite par ce champ et supportée par la grille
 ( x,VS )   ( x)  Qit (VS ) ( x  d ox )
1 d x ( x)dx  Qit (VS )dox


Cox 0
dox
ox
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
36
MOS réel : charges dans l’oxyde

L’influence est maximum lorsque les charges sont situées
à l’interface Oxyde – SC, ie Qox=QSS .
x  d ox
Qss
Vg  
Cox
En général, pour simplifier l’écriture, on introduit
une charge équivalente d’oxyde Qox (VS ) par
unité de surface:
Qox (VS )
Vg (VS )  
 VFB
Cox MOS /
Composants Actifs - Structure
Ph.Lorenzini
MOS-FET
37
MOS réel : charges dans l’oxyde

Ces charges dans l’oxyde et à l’interface
oxyde – SC modifient la capacité totale de
la structure. On montre que la capacité
associée est en parallèle avec la capacité
du silicium (SC):
1
1
1


CMOS COX CSC  Cit
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
38
MOS réel

Différence des travaux de sortie Métal et SC.

Même si Vg = 0 V, la structure n’est pas en bandes plates.
ei
Zone déplétée
La tension à appliquer pour se ramener en bandes
plates est VFB =Composants
M – Actifs
S= 
MS
- Structure
MOS /
Ph.Lorenzini
MOS-FET
39
MOS réel
Différence des travaux de sortie Métal et SC.


Exemple: grille en polysilicium n+ sur structure pMOS
 poly  e silicium
n
Eg
SC   Silicium 
  fi
2e

Ph.Lorenzini
poly
MS

Eg
2e
  fi  0.56 
N
kT
ln( a )
e
ni
40
MOS réel

Tension de bandes plates globale ( effets de
MS et charges dans l’oxyde)
VFB  MS
Qox

Cox
Att! C’est la tension à appliquer sur la grille
pour amener la structure en situation de
bandes plates.
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
41
Tension de seuil de la structure MOS

Paramètre essentiel pour le fonctionnement
du MOS-FET

Plusieurs définitions (même résultat !):



Ph.Lorenzini
n S = NA
Vs = 2 fi
…
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
42
Tension de seuil de la structure MOS
C’est la tension à appliquer sur la grille pour amener
la structure en limite de forte inversion.
VT  Vg (VS  2 Fi ) 
4 SC eN A  Fi
COX
 2 Fi  VFB
(On suppose ici que le substrat (le silicium) n’est pas polarisé !!)
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
43
Tension de seuil de la structure MOS

Effet substrat (« body effect »)

En général les dispositifs MOS sont réalisés sur un
substrat commun  la tension substrat est égale pour tous

Dans certains montages l’arrangement des portes entre
elles entraîne des tensions source – substrat non nulles
qui vont modifier le VT . On introduit un coefficient qui
rend compte de cet effet : g
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
44
Tension de seuil de la structure MOS

Effet substrat (« Body effect »)

Si Vsb=0, la condition
d’inversion est donnée par
Vs=2Fi

Si on applique VSB , cette
tension de surface Vs est
augmentée de VSB et la largeur
de la ZCE dans ces conditions
est donnée par:
2 sc (2 Fi  VSB )
Wmax (VSB ) 
eN a
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
45
Tension de seuil de la structure MOS
Cette augmentation de la ZCE (pour absorber
l’excédent de tension VSB ) entraîne une charge
supplémentaire
Q  eN
2 Fi ]
aW (Vgs  VSB )  eN aWm   2eN a [ 2 Fi  VSB 


Soit une sensibilité dVT/dVSB :
 sc eN a / 2(2 Fi  VSB )
dVT
1 dQ


dVSB
Cox dVSB
Cox

On réécrit alors VT:
VT  VT 0  g

Ph.Lorenzini
2 Fi  VSB  2 Fi

avec
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
g 
2eN A SC
Cox
46
Tension de seuil de la structure MOS
Na = 1E16 cm-3
Na = 3E15 cm-3
1,8

Tension de seuil VT (V)
1,6
d ox  200 A
VFB  0V
1,4
1,2
1,0
0,8
0
2
4
6
8
10
tension de polarisation du substrat VSB (V)
Pour assurer une dérive positive de la tension de seuil,
il faut appliquer une tension source-substrat inverse
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
47
Tension de seuil de la structure MOS


Effet de la température:
 Modification du « gap »
 Modification de FI
Dans le cas de structure avec grille poly-silicium n+:
dVT
k   N C NV
 (2m  1) ln
dT
e   N a

Valeur typique : dVT
dT
 3  m  1 dE g
 
 2
e dT


 1mV / K
augmentation du courant à l’état bloqué d’un
facteur 30 Composants
à 50 foisActifs
entre
25°C et 100°C.
- Structure MOS /
Ph.Lorenzini
m=1.1
MOS-FET
48
Le transistor MOS-FET
Fonctionnement
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
49
Étapes technologiques (succint)
gravure
poly
sauf
Étape
dépôt
dedu
l’isolant
SiO
Étape
Étape
::::implantation
dépôt
:ouverture
etching
du
Polysilicium
du
métal
source
non
etgrille
drain
nécessaire
de grille)
Étape
évaporation
du
métal
des
fenêtres
pour
dépots
Étape
gravure
de
l’oxyde
pour
implantation
2(métal
contacts
Source et Drain
source etohmiques
drain
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
50
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
51
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
52
Le transistor MOS-FET
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
53
Principe de fonctionnement:
régime linéaire
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
54
Principe de fonctionnement:
limite de saturation
pincement
Ph.Lorenzini
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MOS-FET
55
Principe de fonctionnement:
transistor saturé
La longueur effective du canal diminue de L à L’
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
56
Calcul du courant de drain



L, longueur du canal (suivant y)
W, largeur du canal (suivant z)
V, tension dans le canal (dépend de y)




V(y=0) = V(source) = Vs = 0 V
V(y=L) = V (drain) = Vds
Vg, tension appliquée sur la grille
-VBS, tension sur le substrat
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
57
Schéma simplifié du MOS (Taur)
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
58
Approximation de la charge surfacique

Calcul analytique:



Charge d’inversion surfacique (xi=0)
Pas de potentiel
Pas de courbure
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
59
Approximation de la charge surfacique
1° étape: calcul de la charge d’inversion en fonction de Vg
Qdep  eN AWM   2eN A SCVS ( y )   2eN A SC (2 Fi  V ( y ) )
Qsc ( y )  Qmétal ( y )  C ox (V g  VFB  VS ( y ))  C ox (V g  VFB  2 Fi  V ( y ))
Qinv  Qsc  Qdep  Cox (Vg  VFB  2 Fi  V ( y))  2eN A SC (2 Fi  V ( y) )
nS ( y) 
Qinv
e

Qsc
e
Ph.Lorenzini

Qdep
e

C ox (V g  VFB  2 Fi  V ( y ))
e
 2 N  (2 Fi  V ( y )) 
  A SC

e


Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
1
2
60
Approximation de la charge surfacique

Le courant est donné par la loi d’ohm:
IDS = densité de charge mobilité x champ électrique x largeur de grille
I DS  Qinv  n
 dV
W
dy
I Ds dy  Qinv  n dVW
Il suffit alors d’intégrer de y = 0 à y = L, soit
L
VDS
0
0
I DS  dy   nW 
Ph.Lorenzini
 Qinv dV
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
61
Approximation de la charge surfacique
Soit finalement:
I DS
W
VDS
  n Cox (Vg  VFB  2 Fi 
)VDS
L
2
3
3
2 2 sceN A 
2
2

(2 Fi  VDS )  (2 Fi ) 

3
Cox


!! Cox est une capacité par unité de surface !!
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
62
Les différents régimes de fonctionnement
On peut distinguer deux régimes en fonction de la
tension de polarisation de grille Vg : le régime
« linéaire » ou « triode » qui correspond à une
augmentation linéaire du courant avec VDS puis un un
régime sous linéaire jusqu’à atteindre une valeur de
saturation d’où le nom de régime « saturé ».
Attention: ces dénominations ne peuvent pas être
rapprochées de celles du bipolaire!
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
63
Régime linéaire ou triode
Dans le cas où Vds est petite (Vds<< 2Fi), on peut négliger le
terme quadratique en Vds et faire un développement en série du
terme (1+Vds/2Fi)^3/2 qui apparaît. On obtient:
4 sceN A Fi 
W
W
I DS   nCox (VGS  V fb  2 Fi 
)VDS   nCox (VGS  VT )VDS
L
Cox
L

On rappelle que VT est la tension de seuil du transistor.
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
64
Régime linéaire ou triode

Dans le cas où le terme quadratique ne peut plus être
négligé, l’équation ( qui est alors valable tant que le
transistor n’est pas saturé) donnant le courant s’écrit:
I DS
avec
W
  n C ox
L
m  1
m 2 

(V gs  VT )VDS  2 VDS 
 sc eN A / 4 Fi
Cox
Cdm
3d ox
 1
 1
Cox
Wm
Cdm est la capacité de déplétion dans le Si en limite de forte inversion.
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
65
Régime saturé

L’équation précédente est une parabole. Le courant Ids
augmente donc en fonction de Vds pour atteindre un
maximum qui donne Vdsat.
VD  VDsat 
(Vdsat, Idsat )
Vg4
Courant de Drain
I DS  I Dsat
(V gs  VT )
m
2
W (Vgs  VT )
  n Cox
L
2m
Vg3
En se rapprochant de la réalité
(oxyde mince et dopage faible), on
a m=1 et :
Vg2
Vg1
VDS
Ph.Lorenzini
I DS  I Dsat
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
W
  n C ox
(V gs  VT ) 2
2L
66
Régime saturé

En ne faisant pas les approximations (DL et autres …), les
expressions complètes de Vdsat et Idsat sont données par:
VDsat  Vgs  VFB  2 Fi 
 sc eN A
Cox2
2 sc eN A
 sc eN A

(Vgs  VFB 
)
2
2
Cox
2Cox
1

2 
W
4
(
eN


)
A sc
Fi
I dsat  µn
Cox (VDsat  2 Fi )(VDsat  2 Fi  2Vgs  2VFB )  12 Fi (Vgs  VFb   Fi 
)

6L 
3
Cox


En supposant Cox grand (oxyde mince) et dopage faible,
l’expression de la tension de seuil peut se réduire à VT  2Fi  VFB ou
encore Vgs  VFB  2Fi
VDsat  Vgs  VT
I Dsat  µn
Ph.Lorenzini
W
W
2
C ox (Vgs  VT ) 2  µn
C oxVDsat
2L
2L
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
67
Cas du p-MOS



Toutes les polarités doivent être inversées.
Un courant de trous circule de la source
vers le drain.
La source est à un potentiel plus élevé que
les autres contacts.
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
68
Caractéristique sous le seuil – régime faible inversion

Trois régimes de fonctionnement:




Linéaire
Saturé
Bloqué (si Vg < VT pour nMOS)
Le passage « bloqué » - « linéaire » ou OFF-ON n’est
pas brutal


Régime de faible inversion pour fi <Vs <2Fi
Comportement sous le seuil important:



Ph.Lorenzini
Application basse tension
Application faible puissance (low power)
Circuits mémoires et logique
Composants Actifs - Structure MOS /
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69
Caractéristique sous le seuil – régime faible
inversion


Conduction sous le seuil dominé par courant de
diffusion.
On montre que le courant, dans ce régime, peut se
mettre sous la forme:
2
I DS

W
 kT  e (Vg VT ) / mkT
 µC ox (m  1)
(1  e eVDS / kT )
 e
L
 e 
Dès que Vds > qq kT, Ids ne dépend plus de la
tension Vds
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
70
Effet substrat et température sur la tension de
seuil du transistor

Effet substrat ou « body effect »:

La connexion du substrat (composant 4 pattes!) est
largement utilisée dans les applications mémoires et
numériques

Cette polarisation Vsb entraîne un décalage de VT
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
71
Effet substrat sur la tension de seuil du
transistor
Vg
Vds
Drain n+
Source n+
VSB
-VSB
Vg-VSB
Vds-VSB
Source n+
Ph.Lorenzini
Drain n+
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
72
Effet substrat sur la tension de seuil du
transistor
Avec une tension VSB, la charge d’inversion s’écrit:
Qinv  Qsc  Qdep  Cox (Vg  VSB  VFB  2 Fi  V ( y))  2eN A SC (2 Fi  V ( y) )
Le courant se calcule de la même façon que précédemment et
l’expression dans la région linéaire est identique à condition
de remplacer VT par:
VT  V fb  2Fi  g 2 Fi  VSB
VT  VT 0  g

2Fi  VSB  2Fi
avec

VT 0  V fb  2Fi  g 2Fi
!! Dans un pMOS, remplacer les + par des - !!
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
73
Effet substrat sur la tension de seuil du
transistor
Conclusion:
Une dérive positive de la tension de seuil dans le
cas d’un n-MOS sera obtenue par une polarisation
VSB > 0.
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
74
Effet de la température sur la tension de seuil
du transistor

La température influe sur VT par 2 voies:


La valeur du gap
La valeur de Fi
dVT
k   N C NV
 (2m  1) ln
dT
e   N a


Valeurs typiques:


Ph.Lorenzini
 3  m  1 dE g
 
 2
e dT


dVT
 1mV / K
pour le Si:
dT
Cela induit une variation du courant sous le seuil (30
à 50 fois entre 25°C et 100°C )
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
75
Effets « parasites » sur les MOS-FETs
réels

MOSFETs canal long:


Variation de la mobilité dans le canal
MOSFETs canal court:




Ph.Lorenzini
Réduction de la tension de seuil
Régime de saturation de la vitesse des porteurs
Modulation de la longueur du canal
Claquage du transistor
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
76
Variation de la mobilité: 2 processus
L’augmentation de Vgs « creuse » le puits les porteurs se
« collent » à l’interface où les défauts (cristallins, impuretés, …)
sont plus nombreux  processus de diffusion augmentent 
mobilité chute.
b) vitesse de saturation
a)
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
77
Variation de la mobilité: 2 processus

Si VDS > EC.L  le courant sature à une valeur donnée
par :
7
I Dsat  WC ox (V g  VT )v sat

v sat  10 cm / s
EC  1  2.104V / cm
Dans le cas où l’on tient compte des deux effets, la
mobilité est donnée par:
µn (eff ) 
Effet du champ transversal
Ph.Lorenzini
µ0
1   (Vgs  VT ) 
E
EC
Effet de la saturation de la vitesse
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
78
Réduction de la tension de seuil (canal court)
(Kang et al)

Origine: surestimation de la
région déplétée sous la grille
surestimation de la charge
 surestimation de la tension
de seuil

D’autant plus important que
le rapport xj/L est grand 
MOSFET à canal court
VT 0 (canal court )  VT 0  VT 0
79
Réduction de la tension de seuil (canal court)
(Kang et al)
2 Si
xdS 
Vbi
eN A
2 Si
xdD 
(Vbi  VDS )
eN A


2
x
dS
LS  x j . 1 
 1


x
j


 

x j 
1
2 xdS
2
x
dD
VT 0 
4e Si N AFi
 1   1 
 1
 1
 

Cox
2 L 
xj
x
j
 

Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
80
Réduction de la tension de seuil (canal court)
(Kang et al)
Tension de seuil (V)
0,9
VT0
0,8

0,7
Tension de seuil sans
polarisation de drain
0,6
La tension de seuil est
fonction:


0,5
Longueur du canal
Tension de polarisation
Vds au travers de xdD
0,4
0,3
0
1
2
3
4
5
6
longueur du canal (µm)
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
81
Modulation de la longueur du canal

Lorsque le pincement (saturation) est atteint, la
longueur effective du canal diminue.
L
ID 
I Dsat
L  L(VDS )
si VDS  1
Ph.Lorenzini
1
L
 1  V DS
L
µn Cox W
I D (sat ) 
(VGS  VT ) 2 (1  VDS )
2 L
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
82
Claquage du transistor

2 effets:

Claquage par ionisation – effets des électrons chauds:







Accélération des électrons dans le canal
Ionisation par impact
Trous créés collectés par le substrat
Polarisation de substrat et chute tension de seuil
Augmentation du courant
Dégâts irrémédiables (dégradation de l’oxyde)
Claquage par perçage (« punchthrough »):


Ph.Lorenzini
ZCE S-Subs et D-Subs se rejoignent lorsque Vds augmente
Injection directe des électrons de S vers D  pas de
saturation de courant
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
83
Claquage du transistor
Claquage par ionisation (Taur)
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
84
Capacités associées au MOSFET


Connaissance nécessaire pour examiner le
comportement AC du composant
Plusieurs origines:

Capacités liées à l’oxyde de grille





Capacité de recouvrement CGS et CGD
Capacité source-substrat, drain-substrat (
Capacité grille-substrat (
)
)
Capacités des jonctions source – substrat et drain –
substrat (
)
Dépendent du régime de fonctionnement
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
85
Capacités associées au MOSFET
Modèle équivalent (avec les
capacités de recouvrement (overlay))
Modèle équivalent (sans les
capacités de recouvrement)
D
Cgb
Cgd
G
MOSFET
intrinsèque
(DC)
Cdb
B
Csb
Cgs
Cd
b
S
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
86
Capacités associées au MOSFET

Capacité de recouvrement:
Soit LD, la longueur de recouvrement

L=LM - 2.LD
gate
(n+)
LD
L
LD
(n+)
CGS  Cox .W .LD
CGD  Cox .W .LD
LM
Ph.Lorenzini
Cox 
 ox
d ox
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
87
Capacités grille - canal

Régime bloqué:
Cgs = Cgd = 0
Cgb = CoxWL

canal
1
Cgs  Cgd  CoxWL
2
Cgb  0 (canal écrante le substrat)

canal
Ph.Lorenzini
Régime linéaire
Régime saturé
2
Cgs  CoxWL, Cgd  0
3
Cgb  0 (canal écrante le substrat)
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
88
Capacités d’oxyde: résumé
Capacité
Bloqué
Linéaire
saturé
Cgb(total)
CoxWL
0
0
Cgd(total)
CoxWLD
Cgs(total)
CoxWLD
Ph.Lorenzini
1
CoxWL D
CoxWL  CoxWLD
2
2
1
CoxWL  CoxWLD
CoxWL  CoxWLD
3
2
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
89
Caractéristiques dynamiques (1)

Conductance:


2 sc N a
I D
W
gD 
 µn Cox Vgs  VFB  2 Fi  VDS 
VDS  2 Fi 
VD V cte
L
Cox


g

Linéaire
g Dlin

Saturé
µnW

Cox (Vgs  VT )
L
gD  0
sat
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
90
Caractéristiques dynamiques (2)

transconductance:liée à la vitesse du dispositif

Linéaire
g mlin

µnW

CoxVDS
L
Saturé (« active région »)
µnW
W
2 I Dsat
g msat 
Cox (Vgs  VT )  2µnCox I Dsat 
L
L
(Vgs  VT )
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
91
Caractéristiques HF

Fréquence de coupure gain en courant=1
I in  jwCGSV g  jwCGD (VG  VD )
VD
 g mVg  jwCGD (VD  VG )  0
RL
Si on néglige jwRLCgd (petit)
I in  jw CGS  CGD (1  g m RL ) VG
I in  jw CGS  C M VG
CM : capacité Miller
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
92
Caractéristiques HF
I out  I D  g mVgs
I in  I out
gm
fT 
2 (CGS  C M )
Si CM = 0  fréquence de coupure max:
f T max
vs
µn (VG  VT )
ou (si canal court et/ou vsat ) fT max 

2L2
2L
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
93
Caractéristiques HF: foscmax

Autre facteur de mérite: gain en puissance
unitaire  fréquence d’oscillation max
f max
fT

4 Rg ( g d  wT Cgd )
Rg: résistance de grille
Rs : négligeable
Ref: (Tsividis)
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
94
Inverseurs à transistors MOS
Les différents montages
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
95
Inverseur idéal : définition




Tension d’entrée: Vin
Tension de sortie: Vout
Tension de seuil
d’inversion:Vth=VDD/2
Niveau logique « 1 » :


Passage le plus
abrupte possible
VDD<V<Vth
Niveau logique « 0 »:

Vth<V<0
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
96
Inverseur: circuit générique





Charge: passive ou active
(MOS)
« pilote », « driver » ou
« commande »
I DS (Vin ,Vout )  I L (VL )
Cload :capacité équivalente de
l’étage suivant
Tension d’entrée : Vin=Vgs
Tension de sortie: Vout=Vds
En statique, pas de courant d’entrée ni de sortie
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
97
Inverseur: caractéristique de transfert


En résolvant numériquement
IDS ( Vin ,Vout )=IL( VL ) on obtient la
caractéristique de transfert :
Vout = f ( Vin )
Tensions caractéristiques:




VIL : tension d’entrée maximale qui
peut être interprétée comme un « 0 »
VIH : tension d’entrée minimale qui
peut être interprétée comme un « 1 »
VOL : tension minimale de sortie
lorsque la sortie est au niveau bas
VOH : tension maximale de sortie
lorsque la sortie est au niveau haut a
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
98
Inverseurs: marges de bruit (« noise margins »)

Les interconnexions, le « bruit » des portes peuvent
rajouter des tensions parasites  fautes logiques. On
introduit, pour quantifier l’immunité au bruit la notion de
marges de bruit.
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
99
Inverseurs: marges de bruit (« noise margins »)
NM H  VOH  V IH
NM L  V IL  VOL
Zone à réduire  VIL=VIH
 se rapprocher de la forme
idéale  un échelon.
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
100
Inverseurs à charge résistive

Vin=VGS


Vin=« 1 »: n-MOS
conducteur  le drain
est mis à la masse
Vout = « 0 »
Vin=« 0 »: n-MOS
bloqué  circuit
ouvert  IL = IDS = 0
 Vout= VDD= « 1 »
Ph.Lorenzini
RL
CL
n-MOS
enrichissement
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
101
Inverseurs à charge passive (résistive) :
caractéristique de transfert
10
RL=36 k
RL=50 k
8
V out
6
4
2
0
-4
-3
-2
-1
0
1
Vin
VDD  Vout
ID 
RL
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
102
Inverseur à charge passive :
VOH  VDD
VOL  VDD  VTn 
VIL  VTn 
VIH  VTn 
1
1 2 2VDD
 (VDD  VTn 
) 
kn RL
kn RL
kn RL
1
kn RL
8 VDD
1

3 kn RL kn RL
( À faire ! )
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
103
Inverseur à charge active saturée
N-MOS connecté en résistance:
Ici VGS = VDS , donc VGS -VT < VDS
 transistor saturé
Ligne de charge
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
104
Inverseur à charge active saturée
Les points représentatifs
de la ligne de charge
sont donnés par :
VGS = VDS
Le transistor de charge est
équivalent à une résistance
non linéaire.
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
105
Inverseur à charge active saturée
La résistance de charge remplacée par un nMOS
+ VDD
Ph.Lorenzini
+ VDD
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
+ VDD
106
Inverseur à charge active saturée
ID2, µA
VDS1=VDD - VDS2 = 6 - VDS2
75
VDS2
4
75
VDS1 = 6 – 4 = 2 V
ID2 = 75 µA = ID1
Ph.Lorenzini
2
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
107
Inverseur à charge active saturée
(d’après Grabel)
B
A
NMH = VOH -VIH = -0.2 V <0
En jouant sur W/L, on peut améliorer la caractéristique.
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
108
Inverseur à charge active non saturée
Transistor de charge non saturée:
 VGS,load – VT,load >VDS,load (1)
VGS,load –VDS,load = VGG – VDD
 (1) OK  VGG – VDD >VT,load
la charge tjs « non saturée »
Inconvénient : 2 alimentations !!
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
109
Inverseur à charge active non saturée
VGG = +9V
VDD = +6V
T2
VDS1
T1
VGS1
VGS2 - VDS2 =VGG – VDD = 3V
VDS2 = VGS2 – 3V
Ph.Lorenzini
Résistance
de charge
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
110
Inverseur à charge active non saturée
VDS1 = 6 – VDS2
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
111
Inverseur nMOS à charge à déplétion
VDD = +6V
Pilote : enrichissement  VT,pilote >0
Charge : déplétion  VT,load <0  VGS,load =0 >VT,load
VSB,load = VDS,pilote = Vout  VT,load sujet à l’effet substrat
VT ,load (Vout )  VT 0  g
Ph.Lorenzini

2 Fi  Vout  2 Fi
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET

112
Inverseur nMOS à charge à déplétion
VDS2 = 0 V, IDS2 = 0 µA
VDS1 = 6 – 0 = 6 V
VDS2 = 3 V, IDS2 = 22 µA
VDS1 = 6 – 3 = 3 V
113
Inverseur nMOS à charge à déplétion
VOH  VDD
VOL  VOL  VTO ,driver  (VOH
2
kload
 VTO ,driver ) 
VT ,load (VOL )
kdriver
2

kload
VIL  VT ,driver 
Vout  VDD  VT ,load (Vout )
kdriver



dVT ,load
kload
VIH  VT ,driver  2Vout 
 VT ,load (Vout )
kdriver
dVout
( à faire ! )
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
114
Inverseur nMOS à charge à déplétion:
consommation en DC.

Vin = 0 et Vout = VOH  le « pilote » est bloqué et
I=0. Pas de consommation

Vin= VDD et Vout = VOL  les 2 transistors
conduisent  consommation
I DC (Vin  VDD )  I load (sat )  I driver (lin )
50% au niveau « 1 »
PDC
VDD k load
2
 VT ,load (VOL )

2 2
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
Rédhibitoire !!
115
Inverseur C-MOS



Technologie à transistors MOS
complémentaires nMOS et pMOS.
En fonction de l’état de l’inverseur( « 0 »
ou « 1 »), les rôles de pilote et de charge
sont inversés.
Principal avantage : la consommation
Ph.Lorenzini
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116
Inverseur C-MOS
S
D
D
S
Ph.Lorenzini
VGS,p
-(VDD – Vin)
VDS,p
-(VDD – Vout)
VGS,n
Vin
VDS,n
Vout
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
117
Inverseur C-MOS
La complexité de la
structure
est largement compensée
par le gain en
performance.
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
118
Inverseur C-MOS


Att! VTn > 0 et VTp < 0
1° cas: Vin < VTn



VGS,n < VTn  nMOS bloqué
VGS,p < VTp  pMOS conduit
le courant est nul
Vout = VDD = VOH
2° cas: Vin > VDD + VTp


VGS,n > VTn  nMOS conduit
VGS,p > VTp  pMOS bloqué
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
le courant est nul
Vout = VOL  0
119
Inverseur C-MOS
Région
Vin
Vout
nMOS
pMOS
A
< VTn
VOH
Bloqué
linéaire
B
VIL
« 1 » VOH
Saturé
linéaire
C
Vth
Vth
Saturé
Saturé
D
VIH
« 0 » VOL
Linéaire
Saturé
E
> (VDD + VT,p )
VOL
Linéaire
bloqué
Zone de consommation en commutation
Ph.Lorenzini
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MOS-FET
120
Inverseur C-MOS
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
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121
VOH  VDD
Inverseur C-MOS
VOL  0
2Vout  VT , p  VDD  k RVT , n
VIL 
1  kR
VIH 
VDD  VT , p  k R .( 2Vout  VT , n )
VT , n 
Vth 
1  kR
1
(VDD  VT , p )
kr
(1 
kR 
kn
kp
Ph.Lorenzini
( à faire) !
1
)
kr
k  µC ox
W
L
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122
Inverseur C-MOS en commutation

Effets des interconnections
Cint représente les effets des connections entre les
2 portes
Ph.Lorenzini
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123
Inverseur C-MOS en commutation

Pour simplifier l’étude, les
capacités de l’étage suivant
sont ramenées à une capacité
équivalente Cload

L’étude des transitoires se
résume alors à la charge et
décharge de cette capacité.
Cload
Cload  Cgd ,n  Cgd , p  Cdb,n  Cdb, p  Cint  C g
Ph.Lorenzini
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124
Inverseur C-MOS en commutation : temps de
retard, temps de montée et de descente

Temps de retard ou de propagation:
PLH : temps de propagation du
niveau bas au niveau haut.
PHL : temps de propagation du
niveau haut au niveau bas.
Temps de propagation du signal
à travers l’inverseur:
P 
Ph.Lorenzini
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 PHL   PLH
2
125
Inverseur C-MOS en commutation : temps de
retard, temps de montée et de descente

Temps de montée et de
descente:
VOH
V10%  VOL  0.1(VO H  VOL )
V90%  VOL  0.9(VOH  VO L )
VOL
 fall  t B  t A
 rise  t D  tC
Ph.Lorenzini
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126
Inverseur C-MOS en commutation:
Calcul du temps de retard ou
propagation:
dVout
Cload
 iC  iD , p  iD ,n
dt
Calcul du temps de descente:
•Vin passe de VOL à VOH
• nMOS passant et décharge
Cload
•pMOS est bloqué  ID,p 0
dVout
Cload
 iD ,n
dt
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
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127
Inverseur C-MOS en commutation:
Attention : en cours de
commutation, le régime de
fonctionnement des MOS
change !!
Dans notre cas, il faudra
calculer 2 temps
Ph.Lorenzini
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128
Inverseur C-MOS en commutation:

On obtient finalement (à faire !)
 2VT ,n
 4(VOH  VT ,n ) 
Cload
 PHL 
 ln 
 1

kn (VOH  VT ,n ) VOH  VT ,n
 VOH  VOL

 PLH 
k p (VOH
Ph.Lorenzini

 2(VOH  VOL  VT , p ) 
2 VT , p
Cload

 ln 
 1


VOH  V50%
 VOL  VT , p ) VOH  VOL  VT , p



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129
Inverseur C-MOS en commutation
Puissance dissipée sur une période pour une porte C-MOS:
c’est la puissance qui sert à charger et décharger la capacité
de charge Cload.
Pmoy
1T
  v(t ).i(t )dt
T0
Pmoy  C V
2
load DD
Ph.Lorenzini
f
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130
Inverseur C-MOS en commutation
Autre source de consommation: le courant de court circuit:
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
131
Références bibliographiques








S.M. Sze « Physics of semiconductors devices », 2° édition, Wiley and Sons,
New York, 1981
H.Mathieu, « Physique des semi-conducteurs et des composants
électroniques », 4° édition, Masson 1998.
J. Singh, « semiconductors devices : an introduction », McGraw-Hill, Inc
1994
Y.Taur et T.H. Ning, « Fundamentals of Modern VLSI devices », Cambridge
University Press, 1998.
K.K. Ng, « complete guide to semiconductor devices », McGraw-Hill, Inc,
1995
E. H. Nicollian et J. R. Brews, « MOS Physics and Technology », John Wiley
and Sons, 1982
S.M. Kang et Y. Leblebici, « CMOS Digital Integrated Circuits :analysis and
design », Mc Graw Hill, 2° édition., 1999
J. Millman et A. Grabel, « microélectronique », Mc Graw Hill, 1995
Les figures sont tirées en grande partie de ces différents ouvrages
Ph.Lorenzini
Composants Actifs - Structure MOS /
MOS-FET
132