Dispositivi unipolari
– Il contatto metallo-semiconduttore
– Il transistor JFET
– Il transistor MESFET
– Il diodo MOS
– Il transistor MOSFET
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Elettronici
Leonello
1
Generatore ideale controllato in Tensione (1)
È un dispositivo
con tre terminali
(1,2,3) che genera
una corrente i2
controllata da una
tensione v1, isolando
la parte in uscita da
quella in ingresso.
La corrente gmv1 che
si ottiene dipende dal
parametro
gm = transconduttanza
+
gmv1 v2
v1
-
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2
Generatore ideale controllato in Tensione (2)
Segnale di controllo
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Circuito di output
3
JFET = Junction Field Effect Transistor
JFET (1)
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4
JFET (2)
Il principio di funzionamento è paragonabile al caso di un tubo per
l'acqua dove fluisce una corrente che possa venire “strozzato” in un
punto da un controllo esterno.
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5
JFET (3)
•Un canale conduttore tra sorgente (source)
e collettore (drain).
•Un elettrodo di controllo (porta o gate)
•In funzionamento normale VD > 0 e VG = 0 o negativa
la giunzione gate-canale conduttore è polarizzata
inversa.
fluiscono cariche attraverso il canale, e sono
elettroni (semiconduttore di tipo n)
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6
Esempio di cella di memoria EPROM (1)
Applicando una tensione elevata tra G e D (~25 V), si ha un
elevato campo elettrico nella regione di svuotamento pn
Elettroni veloci penetrano e giungono al gate fluttuante.
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7
Esempio di cella di memoria EPROM (2)
Allora il gate fluttuante si carica negativamente.
Quando si rimuove la polarizzazione le cariche rimangono
intrappolate perché l’ossido è un isolante
Se si applica a G una tensione di 5 V, la carica presente
sul gate fluttuante controbilancia il campo, che il canale
tra source e drain rimane chiuso ho sempre lo stesso stato
Cioè ho memorizzato un bit di informazione.
Il 70% della carica si mantiene anche per 10 anni.
Può essere cancellata se esposta per breve periodo a luce UV.
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8
Componenti integrati (1)
Schema di resistenza
integrata
Si usa la resistenza di
volume del silicio
drogato
R = 20 – 30 k
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9
Componenti integrati (2)
Cmax = 4x10-4pF/m2
J2 = giunzione polarizzata
inversa da cui si ricava
la capacità C2
(a) Modello di Capacità integrata
(b)Circuito equivalente
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10
Diodo MOS
Il diodo MOS (Metal-OxideSemiconductor) è un dispositivo
fondamentale per la maggior
parte delle applicazioni VLSI.
p+
Si ottiene interponendo uno strato
di ossido isolante (Si02) tra il
semiconduttore ed il metallo
Il semiconduttore può essere
drogato tipo p (a) o n (b).
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n-
11
Transistor MOSFET (1)
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12
Transistor MOSFET (2)
1) Se si applica un differenza di potenziale tra Source e Drain non
scorre corrente tra le regioni di tipo n perché il potenziale del
substrato p viene reso negativo due giunzioni n-p polarizzate
inversamente.
2) Se si applica una tensione positiva al gate metallico gli
elettroni delle regioni n saranno attirati nella regione sottostante che
diventerà anche essa di tipo n si crea un canale di tipo n tra
Source e Drain passa una corrente.
Questa tecnica si chiama FET ad arricchimento
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13
Tipi di MOSFET
NMOS
NMOS
PMOS
PMOS
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14
A che serve un MOSFET?
•
•
•
•
Amplificatore;
Condensatore;
Resistenza;
Interruttore
un circuito integrato complesso può
essere realizzato quasi soltanto con
MOSFET!
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15
IL MOSFET come resistenza
VGS = VDS
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