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Este documento explica o funcionamento do mosfet (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), seus modos de operação (triodo e saturação) e a expressão para a corrente de dreno id no modo de triodo. Além disso, discute-se o efeito de modulação do comprimento de canal no modo de saturação e a importância do parâmetro de efeito de corpo (γ) e potencial de fermi do substrato (φf).
Tipologia: Notas de aula
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Prof. Carlos Fernando Teod´osio Soares
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO ESCOLA POLIT ´ECNICA Departamento de Engenharia Eletrˆonica e de Computa¸c˜ao
O transistor de efeito de campo ´e um dispositivo semicondutor onde a corrente el´etrica conduzida por ele ´e controlada por um campo el´etrico.
O transistor de efeito de campo ´e um dispositivo semicondutor onde a corrente el´etrica conduzida por ele ´e controlada por um campo el´etrico. Os dois transistores de efeito de campo mais usados s˜ao o JFET (Junction Field-Effect Transistor) e o MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor). Nos Transistores de Efeito de Campo a corrente el´etrica ´e constitu´ıda por apenas um tipo de portador de carga (el´etrons livres ou lacunas). Por esse motivo, esses transistores s˜ao considerados unipolares.
O transistor de efeito de campo ´e um dispositivo semicondutor onde a corrente el´etrica conduzida por ele ´e controlada por um campo el´etrico. Os dois transistores de efeito de campo mais usados s˜ao o JFET (Junction Field-Effect Transistor) e o MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor). Nos Transistores de Efeito de Campo a corrente el´etrica ´e constitu´ıda por apenas um tipo de portador de carga (el´etrons livres ou lacunas). Por esse motivo, esses transistores s˜ao considerados unipolares.
Vantagens dos Transistores de Efeito de Campo
O transistor de efeito de campo ´e um dispositivo semicondutor onde a corrente el´etrica conduzida por ele ´e controlada por um campo el´etrico. Os dois transistores de efeito de campo mais usados s˜ao o JFET (Junction Field-Effect Transistor) e o MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor). Nos Transistores de Efeito de Campo a corrente el´etrica ´e constitu´ıda por apenas um tipo de portador de carga (el´etrons livres ou lacunas). Por esse motivo, esses transistores s˜ao considerados unipolares.
Vantagens dos Transistores de Efeito de Campo
Suas caracter´ısticas Corrente × Tens˜ao seguem normalmente um comportamento quadr´atico, o que melhora a linearidade dos amplificadores constru´ıdos com esse tipo de transistor. Ao contr´ario dos transistores bipolares, suas jun¸c˜oes PN operam sempre reversamente polarizadas.
O transistor de efeito de campo ´e um dispositivo semicondutor onde a corrente el´etrica conduzida por ele ´e controlada por um campo el´etrico. Os dois transistores de efeito de campo mais usados s˜ao o JFET (Junction Field-Effect Transistor) e o MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor). Nos Transistores de Efeito de Campo a corrente el´etrica ´e constitu´ıda por apenas um tipo de portador de carga (el´etrons livres ou lacunas). Por esse motivo, esses transistores s˜ao considerados unipolares.
Vantagens dos Transistores de Efeito de Campo
Suas caracter´ısticas Corrente × Tens˜ao seguem normalmente um comportamento quadr´atico, o que melhora a linearidade dos amplificadores constru´ıdos com esse tipo de transistor. Ao contr´ario dos transistores bipolares, suas jun¸c˜oes PN operam sempre reversamente polarizadas. S˜ao mais simples de se fabricar e facilmente miniaturizados.
O JFET foi concebido por Julius Lilienfeld em 1925 e patenteado por ele mesmo em 1930.
Julius Lilienfeld
O JFET foi concebido por Julius Lilienfeld em 1925 e patenteado por ele mesmo em 1930. Em 1947, os pesquisadores do Bell Labs Bardeen, Brattain e Schockley estavam tentando construir um JFET, quando descobriram o transistor bipolar de jun¸c˜ao acidentalmente.
Julius Lilienfeld
Metal
xido
Semicondutor
C
VC
Um capacitor MOS ´e composto por uma placa de metal e uma de semicondutor, isoladas entre si por uma camada isolante feita de ´oxido de sil´ıcio (SiO 2 ). O efeito do campo el´etrico no capacitor MOS sobre o semicondutor d´a origem ao princ´ıpio de funcionamento do MOSFET.
Acumulação de Buracos
C
VC
Aplicando-se uma tens˜ao VC < 0 ao capacitor MOS, a placa met´alica fica carregada negativamente. As cargas negativas da placa met´alica atraem os buracos (portadores de carga positiva), aumentando a concentra¸c˜ao desses portadores na regi˜ao de interface entre o semicondutor e o ´oxido.
Região de Depleção
C
VC
Aplicando-se agora uma tens˜ao VC > 0 ao capacitor MOS, a placa met´alica fica carregada positivamente, repelindo os buracos (portadores de carga positiva) e atraindo os el´etrons minorit´arios (portadores de carga negativa). Os primeiros el´etrons atra´ıdos para a regi˜ao de interface com o ´oxido se recombinam com os buracos que restaram, produzindo uma regi˜ao de deple¸c˜ao pr´oximo a essa interface. A regi˜ao de deple¸c˜ao aumenta a espessura do isolante entre as placas condutivas, reduzindo a capacitˆancia do capacitor MOS.
Acumulação de Elétrons
C
VC
Aumentando-se ainda mais a intensidade da tens˜ao VC > 0, cada vez mais el´etrons minorit´arios s˜ao atra´ıdos para a regi˜ao de interface. A partir de um certo valor da tens˜ao VC > 0, a quantidade de el´etrons livres acumulados na regi˜ao de interface faz com que a regi˜ao de deple¸c˜ao deixe de existir e os el´etrons passem a ser majorit´arios nessa pequena camada. Como a regi˜ao de interface volta a ser condutiva, a capacitˆancia do capacitor MOS tende a voltar ao seu valor original.
MOSFET de Canal N
+ +
S G^ D
B
MOSFET de Canal P
S G^ D
B
+ +
MOSFET de Canal N
+ +
S G^ D
B
MOSFET de Canal P
S G^ D
B
+ +
Terminais do MOSFET
Dreno → Drain (D) Porta → Gate (G) Fonte → Source (S) Substrato ou Corpo → Bulk or Body (B)
