Corso di Elettronica Industriale (CdL in Ingegneria Meccatronica, sede di Mantova) Il transistore MOSFET Transistore MOSFET La parola MOSFET è l’acronimo dell’espressione Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor, derivata dai materiali utilizzati per la realizzazione del dispositivo (MOS) e dal principio alla base del suo funzionamento (FET) Le figure che seguono sono tratte da “Microelectronic Circuits”, di A. Sedra e K. Smith, quinta edizione, Oxford University Press Il transistore MOSFET 2 MOSFET canale N Struttura fisica di un MOSFET a canale N (NMOS) ad arricchimento: a) vista prospettica; b) sezione. Il termine arricchimento sta ad indicare che la formazione di corrente nel canale del MOSFET è possibile solo quando il canale è stato “arricchito” di elettroni. Il transistore MOSFET 3 NMOS: formazione del canale MOSFET a canale N con una tensione positiva applicata al gate. Un canale di elettroni (dunque di tipo n) è indotto all’interfaccia tra ossido di gate e substrato (inversione) Il transistore MOSFET 4 Formazione della corrente di drain NMOS con VGS>VTH (VTH tensione di soglia) e con una piccola VDS applicata. Il dispositivo si comporta come una resistenza, il cui valore è determinato da VGS. Il transistore MOSFET 5 Formazione della corrente di drain Caratteristica ID-VDS quando la tensione VDS è mantenuta piccola. Il dispositivo opera come un resistore la cui resistenza è controllata da VGS. Il transistore MOSFET 6 Restringimento del canale Funzionamento del MOSFET a canale n quando la tensione VGS cresce. Il canale indotto tende a restringersi verso il terminale di drain (vale sempre VGS>VTH). Il transistore MOSFET 7 Caratteristica ID-VDS Caratteristica ID-VDS per un transistore NMOS ad arricchimento con VGS>VTH Il transistore MOSFET 8 Pinch-off del canale All’aumentare di VDS, il canale tende a restringersi verso il terminale di drain, fino a ridursi ad un punto (pinch-off) quando VDS=VDS,sat= VGS-VTH (saturazione). Un ulteriore aumento di VDS ha effetto trascurabile sulla corrente di drain Il transistore MOSFET 9 Tecnologie MOS complementari (CMOS) Sezione di un circuito integrato CMOS (Complementary MOS) Il transistore MOSFET 10 Modulazione della lunghezza di canale Se VDS cresce oltre VDS,sat, il punto di pinch-off del canale si allontana dal terminale di drain, riducendo così la lunghezza effettiva del canale Il transistore MOSFET 11 Effetti della modulazione di L su ID-VDS Effetto di VDS su ID nella regione di saturazione. Il parametro VA dipende dal particolare processo produttivo e, per un dato processo, è proporzionale alla lunghezza di canale L. Il transistore MOSFET 12