Transcript psi2223_Aula 17

PSI 2223 – Introdução à Eletrônica
Programação para a Terceira Prova
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1
17ª Aula:
O Transistor de Efeito de Campo
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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Transistores de Efeito de Campo
(FET – Field Effect Transistors)
•MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor)
•JFET (Junction)
•MESFET (MEtal-Semiconductor)
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O Primeiro Transistor
O físico Julius Edgar Lilienfeld patenteou o
transistor em 1925, descrevendo um
dispositivo similar ao transistor de efeito de
campo (FET). No entanto, Lilienfeld não
publicou nenhum artigo científico sobre sua
descoberta nem a patente cita nenhum
dispositivo construído. Em 1934, o inventor
alemão Oskar Heil patenteou um dispositivo
similar.
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A patente do Primeiro Transistor (1925)
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A patente do Primeiro Transistor (1925)
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Transistor NMOSFET
(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, canal N,
tipo Enriquecimento)
IDS
Porta
(G-Gate)
D
G
VDS
VGS
S
Fonte
(S-Source) Metal
Óxido
N+ Sem.
Dreno
(D-Drain)
N+
P
Substrato
(B-Body)
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Transistor NMOSFET
(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, canal N,
tipo Enriquecimento)
VDS
VGS
Metal
(condutor)
IDS
D
G
VGS
W
Óxido de porta
(isolante)
xox
Porta
VDS
S
IDS
N+
Fonte
L
P
N+
Dreno
Substrato (ou Corpo)
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Transistor - NMOSFET
Porta
(G)
Alumínio
Dreno
(D)
Fonte
(S)
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Lei de MOORE
Transistores por circuito integrado
(dobra a quantidade de transistores a cada 18 meses)
10
11
10
10
10
9
10
8
10
7
10
6
10
5
10
4
10
3
16G
Memória
Microprocessador
256M
64M
16M
1M
1k
4k
16k
4M
8086
G4
64G
Cell
Power5
Opteron 64
Pentium IV
Pentium
256k
64k
1G
4G
80486
68040
68000
8080
1970
1980
1990
ANO
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2000
2010
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Transistor NMOSFET
Porta (VGS)
Fonte
Metal
Dreno (VDS)
Isolante
y
N
x
N
P
L
Substrato (VB)
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Transistor NMOSFET : Região de Corte
Porta (VGS)
Fonte
Metal
Isolante
N
Dreno (VDS )
N
P
L
Substrato (VB)
1: Se a Fonte e o Substrato estiverem aterrados, não haverá corrente na
junção Fonte-Substrato.
2: Se a tensão aplicada no dreno for positiva, a junção dreno-substrato
estará reversamente polarizada, e portanto não haverá corrente
significativa nestes terminais.
3: A porta é isolada do substrato.
 Nesta condição não haverá corrente
fluindo em nenhum dos terminais.
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Lei de MOORE
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O Transistor FET moderno
1
W
I D   Cox (VG  Vt ) 2
2
L
Co x 
o x
to x
FET tecnologia 65nm
Lporta = 35 nm
tox = 1.2 nm
n = Silício tensionado de 2ª geração
Ron = NiSi para baixa resistência parasita
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Transistores de Efeito de Campo
(FET – Field Effect Transistors)
•MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor)
•JFET (Junction)
•MESFET (MEtal-Semiconductor)
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Transistor NMOSFET
(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect
Transistor, canal N, tipo Enriquecimento)
IDS
Porta
(G-Gate)
D
G
VDS
VGS
S
Fonte
(S-Source) Metal
Óxido
N+ Sem.
Dreno
(D-Drain)
N+
P
Substrato
(B-Body)
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Transistor NMOSFET
Porta (VGS)
Fonte
Metal
Dreno (VDS)
Isolante
x
N
y
N
P
L
Substrato (VB)
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Transistor NMOSFET : Região de Corte
Porta (VGS)
Fonte
Metal
Isolante
N
Dreno (VDS )
N
P
L
Substrato (VB)
1: Se a Fonte e o Substrato estiverem aterrados, não haverá corrente na
junção Fonte-Substrato.
2: Se a tensão aplicada no dreno for positiva, a junção dreno-substrato
estará reversamente polarizada, e portanto não haverá corrente
significativa nestes terminais.
3: A porta é isolada do substrato.
 Nesta condição não haverá corrente
fluindo em nenhum dos terminais.
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Transistor NMOSFET : VGS > Vt (tensão de limiar)
Fonte
Metal
Isolante
N
Porta (VGS )
Região de depleção
Dreno (V DS )
N
canal invertido
(eletrons)
P
Substrato (V B )
1: Quando a tensão aplicada na porta (VGS) for acima da tensão de
limiar (Vt – Threshold voltage), será formada uma camada de inversão
composta de eletrons.
2: Uma região tipo N, chamada de canal de inversão, conecta as regiões
de fonte e dreno.
 Nesta condição uma corrente fluirá do dreno para a fonte.
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Aplicando um pequeno valor de VDS
(comportamento  resistivo)
N
N
P
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A operação
com o Aumento
de VDS
N
N
P
Figura 5.5
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