Descarregar extracte - e-BUC

306 Dispositius electrònics i fotònics6.1 ELECTROSTÀTICA DEL SISTEMA METALL-ÒXID-SEMICONDUCTOR6.1.1 Fonaments del MOSFETConsiderem l’estructura representada a la figura 6.1. En un cristall de silici de tipus P,anomenat substrat (B, de bulk), s’han creat dues regions de tipus N, conegudes com aregions de drenador (D, de drain) i de sortidor o font (S, de source). La superfície delsemiconductor compresa entre aquestes dues regions, anomenada regió de canal, estàrecoberta de material dielèctric, l’òxid de silici (SiO 2 ). Damunt d’aquest material hi ha elmetall o elèctrode de porta (G, de gate)GSiO 2DSMetallGN + Regió de canalN +Si(P)I DDBSB(a)(b)Figura 6.1 Transistor MOS de canal N: a) sstructura física, b) símbol circuital. Els símbols B,D, S i G designen indistintament les regions del dispositiu i els terminals respectius.Apliquem ara una tensió V DS entre els terminals de drenador i de sortidor, i examinem elcorrent I D , anomenat corrent de drenador, que pot circular entre ells per la regió de canal. Elcorrent de drenador ha de travessar dues juncions PN, la de regió de drenador amb elsubstrat i la de substrat amb la regió de sortidor. Aquests dos díodes estan en oposició l’unrespecte de l’altre i, per tant, el pas de corrent està bloquejat. La situació canvia si s’aplica alterminal de porta una tensió de signe positiu en relació amb el substrat perquè aleshores elsportadors minoritaris del silici, els electrons, són atrets cap al metall. Com que l’òxidimpedeix que els electrons puguin passar al metall, queden acumulats a la regió superficial,que hem definit com a regió de canal. Si la concentració d’electrons és prou gran, aleshoresles regions de drenador i de sortidor queden connectades per una capa superficiald’electrons, que anomenem canal, la qual permet el pas de corrent. El valor de la tensió deporta determina el nombre d’electrons presents en el canal i, d’aquesta manera, modula elvalor de corrent de drenador. Les consideracions anteriors s’haurien pogut fer en undispositiu construït en substrat de tipus N i regions de drenador i de font de tipus P. Enaquest cas, la tensió que hauríem d’aplicar a la porta seria negativa en relació amb elsubstrat i parlaríem de transistor de canal P, mentre que el de la figura 6.1 l’anomenarem decanal N.L’estudi del dispositiu presentat comença per l’anàlisi del sistema metall (porta)-òxid(dielèctric)-semiconductor (substrat), per tal de determinar la relació entre la tensió de porta ila concentració de portadors en la regió de canal. Amb aquesta informació passarem atrobar la relació entre les tensions contínues aplicades als terminals i el corrent de drenador.Completarem l’estudi analitzant el comportament dinàmic d’aquests transistors.© Els autors, 2006; © Edicions UPC, 2006