Μικροηλεκτρονική - VLSI

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Μικροηλεκτρονική - VLSI"

Κύρος Παυλόπουλος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Μικροηλεκτρονική - VLSI Ενότητα 2: Το Τρανζίστορ Κυριάκης - Μπιτζάρος Ευστάθιος Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε.

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

4 Σκοπός Ενότητας Η γνωριμία με τη δομή και τη λειτουργία του τρανζίστορ. Το τρανζίστορ ως διακόπτης για υλοποίηση ψηφιακών συστημάτων

5 Περιεχόμενα Ενότητας Δομή διπολικού Τρανζίστορ Δομή και λειτουργία MOS Τρανζίστορ Τρανζίστορ επόμενης γενιάς

6 Διπολικό Transistor B C E n + p + n C B Idealized transistor structure. E

7 MOS Transistor Gate Oxyde Gate Source n+ Polysilicon Drain n+ Field-Oxyde (SiO 2 ) p-substrate p+ stopper Bulk Contact CROSS-SECTION of NMOS Transistor

8 The MOS Transistor Μήκος καναλιού (L) Χαρακτηριστικό Τεχνολογίας Gate Oxide Field Oxide P-type GATE N+ N+ Source/Drain Regions Field Oxide

9 Τύποι MOS Transistors D NMOS Enhancement G S NMOS Depletion PMOS Enhancement

10 Σχηματισμός του καναλιού (n-τύπου)

11 Transistor Operation (V ds =0) S - V GS + G D n+ n+ n-channel p-substrate Depletion Region B

12 Transistor in Linear Region V GS G V DS < V GS - V T S D n+ n+

13 Transistor in Saturation V GS G V DS > V GS - V T S D n+ - V GS - V T + n+

14 Χαρακτηριστικές I-V V DS = V GS -V T V GS = 5V I D (ma) 2 1 Triode Saturation V GS = 4V V GS = 3V Square Dependence I D Subthreshold Current V DS (V) (a) I D as a function of V DS V GS = 2V V GS = 1V 0.0 V T V GS (V) (b) I D as a function of V GS (for V DS = 5V). NMOS Enhancement Transistor: W = 100 µm, L = 20 µm

15 Σχέσεις Ρεύματος-Τάσης

16 Τάση κατωφλίου (threshold voltage)

17 PMOS Transistor -4 x VGS = -1.0V VGS = -1.5V Φορείς πλειονότητας οπές Όλες οι μεταβλητές είναι αρνητικές D (A) I VGS = -2.0V VGS = -2.5V V DS (V) Mobility (~1/3 nmos) Μικρότερο Ι D για το ίδιο V gs

18 Submicron transistor (0.25μm) 2.5 x Early Saturation VGS= 2.5 V 1.5 VGS= 2.0 V D (A) I 1 VGS= 1.5 V Linear Relationship 0.5 VGS= 1.0 V V DS (V)

19 Κορεσμός ταχύτητας ) s / m ( n υ υ sat = 10 5 Constant velocity Constant mobility (slope = µ) ξ c = 1.5 ξ (V/µm)

20 Ρεύμα διαρροής (Subthreshold current) Linear I D I ~ 0 e qv nkt GS, n =1+ C C D ox 10-6 Quadratic D (A) I Exponential V T V GS (V)

21 Σύγκριση χαρακτηριστικών I D Long-channel device V GS = V DD Short-channel device V DSAT V GS - V T V DS

22 Δυναμική συμπεριφορά του MOS G C GS C GD S D C SB C GB C DB B

23 Χωρητικότητα πύλης Polysilicon gate Source n + x d x d W Drain n + L d Top view Gate-bulk overlap t ox Gate oxide n + L n + Cross section

24 Χωρητικότητα πύλης

25 Χωρητικότητα διάχυσης

26 Παρασιτική αντίσταση G Polysilicon gate L D Drain contact V GS,eff S D W R S R D Drain

27 Αντίσταση στα Ο.Κ. Όπου Sheet Resistance Ohm/square

28 Μικραίνοντας τις διαστάσεις

29 Μικραίνοντας τις διαστάσεις

Μικραίνοντας τις διαστάσεις http://spectrum.ieee.

30 Μικραίνοντας τις διαστάσεις

31 Φαινόμενα δεύτερης τάξης Body effect-threshold voltage Subthreshold region Channel length modulation Mobility variation Fowler-Nordheim Tunneling Drain puntchthrough Hot electrons

32 Περιοχές λειτουργίας ΜΟS Strong Inversion V GS > V T»Linear (Resistive) V DS < V DSAT»Saturated (Constant Current) V DS V DSAT Weak Inversion (Sub-Threshold) V GS V T»Exponential in V GS with linear V DS dependence

33 Διακοπτικό μοντέλο V GS R on V GS < V T V GS > V T

34 Το Transistor ως Διακόπτης 7 x S V GS V T R on D R eq (Ohm) V DD (V)

35 Τέλος Ενότητας

Σχετικά έγγραφα

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI Διδάσκων: Χ. Σωτηρίου, Βοηθοί: θα ανακοινωθούν http://www.csd.uoc.gr/~hy330 1 Περιεχόμενα Συσκευές στο Πυρίτιο Πυρίτιο n και p Δίοδος Θετική, αρνητική