Circuiti Integrati Digitali - L‘ottica del progettista EE141 Circuiti Integrati Digitali - L‘ottica del progettista Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic I Dispositivi

La tensione di soglia: concetti fondamentali EE141 La tensione di soglia: concetti fondamentali

EE141 La tensione di soglia

EE141 L‘effetto body

Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale lungo EE141 Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale lungo 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 x 10 -4 V DS (V) I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Resistiva Saturazione VDS = VGS - VT Relazione quadratica

Regione lineare o resistiva EE141 Regione lineare o resistiva

Regione di saturazione EE141 Regione di saturazione Pinch-off

Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale lungo EE141 Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale lungo

Un modello per l'analisi manuale EE141 Un modello per l'analisi manuale

Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale corto EE141 Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale corto -4 V DS (V) 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Saturazione precoce Dipendenza lineare

Saturazione di velocità EE141 Saturazione di velocità u n ( m / s ) u sat = 10 5 Velocità costante Mobilità costante (pendenza = µ) x c = 1.5 x (V/µm)

Prospettive I V Canale lungo V = V Canale corto V V - V D DS GS DD EE141 Prospettive I D Canale lungo V = V GS DD Canale corto V V - V V DSAT GS T DS

Caratteristica ID - VGS EE141 Caratteristica ID - VGS 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 x 10 -4 V GS (V) I D (A) 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 -4 V GS (V) I D (A) lineare quadratica quadratica Canale lungo Canale corto

Caratteristica ID - VDS EE141 Caratteristica ID - VDS 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 x 10 -4 V DS (V) I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Resistiva Saturazione VDS = VGS - VT -4 V DS (V) 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Canale lungo Canale corto

Confronto tra il modello semplificato e quello SPICE EE141 Confronto tra il modello semplificato e quello SPICE 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 -4 Velocity Saturated Linear Saturated VDSAT=VGT VDS=VDSAT VDS=VGT (A) I D V (V) DS

Un modello unificato per l‘analisi manuale EE141 Un modello unificato per l‘analisi manuale S D G B

Il transistor PMOS Considerare negative tutte le quantità o usare EE141 Il transistor PMOS -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 x 10 -4 V DS (V) I D (A) VGS = -1.0V VGS = -1.5V VGS = -2.0V Considerare negative tutte le quantità o usare il modulo VGS = -2.5V

Il transistor come interruttore EE141 Il transistor come interruttore

Il transistor come interruttore EE141 Il transistor come interruttore

Capacità del MOS comportamento dinamico EE141 Capacità del MOS comportamento dinamico

Comportamento dinamico del transistor MOS EE141 Comportamento dinamico del transistor MOS

La Capacità di gate x L Gate di polisilicio Vista dall’alto Sovrapp. EE141 La Capacità di gate x d L Gate di polisilicio Vista dall’alto Sovrapp. gate-bulk Source n + Drain W t ox n + Sezione trasversale L Ossido di gate

EE141 La capacità di gate Cut-off Resistive Saturation Regione Cgb Cgs Cgd Off CoxWL COW Lineare COW+CoxWL/2 Saturazione COW+(2/3)CoxWL Regioni di maggiore importanza nei circuiti digitali: saturazione e spento

Comportamento dinamico del transistor MOS EE141 Comportamento dinamico del transistor MOS

La capacità di diffusione EE141 La capacità di diffusione Impianto al bordo del canale N 1 A Bordo Source W N D Fondo x Bordo j Canale L S Substrato N A

La capacità di giunzione EE141 La capacità di giunzione

Capacità nel processo 0.25 mm CMOS EE141 Capacità nel processo 0.25 mm CMOS

Modello semplificato Equazioni a canale lungo EE141 Modello semplificato Equazioni a canale lungo Resistenze equivalenti note per una dimensione di riferimento R inv. proporzionale a W/L e k’ Capacità equivalenti tra s, d, g e massa Cd e Cs proporzionali a W Cg proporzionale a WL

Il transistor MOS a canale corto EE141 Il transistor MOS a canale corto Variazioni della Tensione di Soglia Conduzione in Sottosoglia Resistenze Parassite

Variazioni della tensione di soglia EE141 Variazioni della tensione di soglia V T V T Soglia per basse VDS Soglia per canale lungo VDS L Soglia in funzione della Drain-induced barrier lowering lunghezza (per basse V ) (per L corto) DS

Conduzione in sottosoglia EE141 Conduzione in sottosoglia 0.5 1 1.5 2 2.5 10 -12 -10 -8 -6 -4 -2 V GS (V) I D (A) VT Lineare Esponenziale Quadratica Pendenza di sottosoglia S è DVGS per ID2/ID1 =10 Valori tipici di S: 60 .. 100 mV/decade

ID vs VGS in sottosoglia EE141 ID vs VGS in sottosoglia VDS da 0 a 0.5V

ID vs VDS in sottosoglia EE141 ID vs VDS in sottosoglia VGS da 0 a 0.3V