Famiglie MOS Ci sono due tipi di MOSFET: nMOS (con canale di tipo n, portatori elettroni) pMOS (con canale di tipo p, portatori lacune) Inoltre esiste un’altra distinzione: MOSFET a svuotamento (VGS = 0, canale aperto) MOSFET ad arricchimento (VGS = 0, canale chiuso) VGS = tensione Gate-Source; VDS = tensione Drain-Source Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Invertitore nMOS (1) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Invertitore nMOS (2) Q1 = transistor pilota; Q2 = transistor di carico; Se Q1 è ON  Vo deve essere basso = V(0) Q1 deve fornire una corrente elevata, e Q2 una resistenza elevata, cosicchè la caduta di potenziale su Q2 porti Vo ad un valore basso. Viceversa, se Q1 è OFF  non passa corrente  Vo = V(1) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Invertitore nMOS (3) VDG = VD - VG = -5 – (-17) = 12 Volts Quindi, poiché VDG > VTL (12 Volts > 2,3 Volts), Il transistor di carico lavora in saturazione. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Invertitore nMOS (4) Quanto vale il ritardo del segnale nel passare attraverso l’invertitore? Capacità equivalente = 0.2 pF RL >> RON Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Invertitore nMOS (5)  = 1,75 ns  = 26,5 ns Vin = V(0)  V(1) Vin = V(1)  V(0)  = CTOTRONRL/(RON+RL)  = CTOTRL  = 1,75 ns  = 26,5 ns Le transizioni sono asimmetriche! Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Invertitore Dinamico MOS (1) Capacità parassita tra gate e substrato del MOS seguente. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Invertitore Dinamico MOS (2) Variante che richiede una funzione d’onda di clock per funzionare  limita l’assorbimento di potenza. V(0) = 0 Volts, V(1) = 10 Volts = VDD Se  = 0 Volts, allora VGG di Q2 e Q3 sono a 0 Volts. Q2 e Q3 sono interdetti (OFF); VDD è disconnesso dal circuito, e non passa corrente. Se = 10 Volts  Q2 e Q3 sono ON  la funzione invertente è attivata. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Porta NAND nMOS (1) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Porta NAND nMOS (2) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Porta NAND nMOS (3) V(0) = tensione inferiore alla tensione di soglia V(1) = tensione superiore alla tensione di soglia Se V1 o V2 o entrambi sono a V(0)  solo TL conduce. V0 = VGG - VT o a VDD (il valore più basso) = V(1) Se V1 e V2 sono a V(1)  sia T1 che T2 conducono V0 = somma delle tensioni su T1 e T2 <VT ; Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Porta NOR nMOS (1) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Porta NOR nMOS (2) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Porta NOR nMOS (3) V(0) = tensione inferiore alla tensione di soglia V(1) = tensione superiore alla tensione di soglia Se V1 o V2 o entrambi sono a V(1)  T1 e/o T2 conduce. V0 = tensioni su T1 e/o T2 <VT = V(0); Se V1 e V2 sono a V(0)  sia T1 che T2 sono OFF, e solo TL conduce V0 = VGG - VT o a VDD (il valore più basso) = V(1) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Esempi di funzioni logiche nMOS Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Invertitore CMOS (1) CMOS = Complementary MOS Due tipi di MOSFET: Uno a canale n ed uno a canale p. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Invertitore CMOS (2) Connessione comune dei due drain; Vi comune ai due gate; 0 < Vi < VSS ; Tra i due source c’è la tensione VSS ; Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Invertitore CMOS (3) Se Vi < VT(n),  T1 è OFF, T2 è ON e V0 = VSS ; Se Vi > VSS - VT(p)  T2 è OFF, T1 è ON e V0 = 0 Volts; Inoltre T1 è in saturazione se: VDS1 > VGS1 - VT(n) , cioè se: VT(n) < Vi < V0 + VT(n) Mentre T2 è saturo se: VDS2 > VGS2 - VT (p) , cioè se: V0-VT(p)< Vi < VSS - VT(p) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Invertitore CMOS (4) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli