Dispositivi unipolari Il contatto metallosemiconduttore Il transistor JFET

Dispositivi unipolari – Il contatto metallo-semiconduttore – Il transistor JFET – Il transistor MESFET – Il diodo MOS – Il transistor MOSFET Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 1

Generatore ideale controllato in Tensione (1) È un dispositivo con tre terminali (1, 2, 3) che genera una corrente i 2 controllata da una tensione v 1, isolando la parte in uscita da quella in ingresso. La corrente gmv 1 che si ottiene dipende dal parametro gm = transconduttanza + gmv 1 v 2 v 1 - Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 2

Generatore ideale controllato in Tensione (2) Segnale di controllo Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Circuito di output 3

JFET = Junction Field Effect Transistor JFET (1) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 4

JFET (2) Il principio di funzionamento è paragonabile al caso di un tubo per l'acqua dove fluisce una corrente che possa venire “strozzato” in un punto da un controllo esterno. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 5

JFET (3) • Un canale conduttore tra sorgente (source) e collettore (drain). • Un elettrodo di controllo (porta o gate) • In funzionamento normale VD > 0 e VG = 0 o negativa la giunzione gate-canale conduttore è polarizzata inversa. fluiscono cariche attraverso il canale, e sono elettroni (semiconduttore di tipo n) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 6

Esempio di cella di memoria EPROM (1) Applicando una tensione elevata tra G e D (~25 V), si ha un elevato campo elettrico nella regione di svuotamento pn Elettroni veloci penetrano e giungono al gate fluttuante. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 7

Esempio di cella di memoria EPROM (2) Allora il gate fluttuante si carica negativamente. Quando si rimuove la polarizzazione le cariche rimangono intrappolate perché l’ossido è un isolante Se si applica a G una tensione di 5 V, la carica presente sul gate fluttuante controbilancia il campo, che il canale tra source e drain rimane chiuso ho sempre lo stesso stato Cioè ho memorizzato un bit di informazione. Il 70% della carica si mantiene anche per 10 anni. Può essere cancellata se esposta per breve periodo a luce UV. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 8

Componenti integrati (1) Schema di resistenza integrata Si usa la resistenza di volume del silicio drogato R = 20 – 30 k Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 9

Componenti integrati (2) Cmax = 4 x 10 -4 p. F/ m 2 J 2 = giunzione polarizzata inversa da cui si ricava la capacità C 2 (a) Modello di Capacità integrata (b) Circuito equivalente Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 10

Diodo MOS Il diodo MOS (Metal-Oxide. Semiconductor) è un dispositivo fondamentale per la maggior parte delle applicazioni VLSI. p+ Si ottiene interponendo uno strato di ossido isolante (Si 02) tra il semiconduttore ed il metallo Il semiconduttore può essere drogato tipo p (a) o n (b). Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello n- 11

Transistor MOSFET (1) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 12

Transistor MOSFET (2) 1) Se si applica un differenza di potenziale tra Source e Drain non scorrente tra le regioni di tipo n perché il potenziale del substrato p viene reso negativo due giunzioni n-p polarizzate inversamente. 2) Se si applica una tensione positiva al gate metallico gli elettroni delle regioni n saranno attirati nella regione sottostante che diventerà anche essa di tipo n si crea un canale di tipo n tra Source e Drain passa una corrente. Questa tecnica si chiama FET ad arricchimento Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 13

Tipi di MOSFET NMOS PMOS Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 14

A che serve un MOSFET? • • Amplificatore; Condensatore; Resistenza; Interruttore un circuito integrato complesso può essere realizzato quasi soltanto con MOSFET! Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 15

IL MOSFET come resistenza VGS = VDS Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello 16