IE733 – Prof. Jacobus
8a Aula
Cap. 3
A Estrutura MOS de
Três Terminais
(parte 1)
MOS de 3 Terminais ou
Diodo Controlado por Porta
VG
VC
n+
Si - p
VB
• É um capacitor MOS com uma junção ou diodo n+p
justaposta, que permite o acesso e controle do canal.
• VC permite alterar o potencial e as cargas no canal.
• Este estudo permite entender e caracterizar a estrutura do transistor MOS.
3.2
Contatando a
Camada
de
Inversão
• a) e b): cargas e potenciais como no MOS-2T; pois
o sistema continua em equilíbrio.
• c) e d): sistema fora de equilíbrio; dentro das regiões
de depleção: EFn- EFp=qVCB; afeta cargas e potencias
Em equilíbrio – VCB = 0
Fora de equilíbrio e VCB (=VR) > 0
i) Suponha: VCB = 0 e VGB > VH0  S1 = 0
ii) Aumentando VCB > 0  (n+)  > S1
 elétrons do canal serão drenado para o diodo n+
 QI’ , ou mesmo QI’ = 0
iii) É possível repor QI’ por VGB ; tal que:
S2 = S1 + VCB
 QI’  f(S), porém, QI’ = f(S-VCB)
MOS-2T:
n  ni e
MOS-3T:
n  ni e
( E F  Ei ) / kT
nS  N A e
( E Fn  Ei ) / kT
EFn  EFp  qVCB
( S  2 F ) /  t
[ S  ( 2 F VCB )] / t
nS  N Ae
Ec
Ec
VG
EFp
Ei
EF
Ev
EFn
VG
Ei
qVcB
Ev
O MOS-3T apresenta corrente reversa:
• na junção n+p
• na junção induzida do canal n – p
Iremos desprezar esta corrente!
A expressão para p será como no MOS-2T,
pois o nível EFp não é afetado por VCB dentro do
substrato p:
p  ni e
( Ei  E Fp ) / kT
pS  N Ae
 S / t
 ni e
( Ei  E F ) / kT
Na inversão (ns > ni), valem as mesmas
equações
do
Cap.2,
com
adaptação
em
Q
’:
Vbásicas






I
GB
ox
S
MS
(I)
Q Q Q  Q Q Q Q  0
(II)
Q  C  ox
(IV)
'
G
'
G
'
o
'
C
'
G
'
o
'
I
'
B
'
ox
Q   2q S N A  S  C
'
B
'
ox
[ S ( 2 F VCB )] / t
Q   2q s N A (  S  t e
'
I
S
(V)
  S ) (VI)
Na exponencial trocamos (S-2F) por (S-2F–VCB)
já que S deve “vencer” (2F+VCB) para ter a mesma
concentração ns (Ver problema 3.12).
A partir das 5 equações podemos determinar
os demais parâmetros como no Cap.2:
a)
VGB
Q Q
 VFB   S 

'
Cox
'
B
'
I
[ S  ( 2 F VCB ) t
 VFB   S    S  t e
Dados VGB e VCB, obtém-se S por método numérico.
b)
QI'  Cox' (VGB
QB'
 VFB  S  ' )
Cox
Q  C (VGB  VFB  S    S )
'
I
'
ox
ou
c) Q'  C '   C ' (V  V  )  Q'
G
ox ox
ox
GB
FB
S
o
d)
'
G
dQ
C 
dVGB
'
g
1
1
1
1
1
 '  '  '  '
'
'
Cg Cox Cc Cox Cb  Ci
C  2q s N A
'
b
C  2qN A
'
i
1
[ s ( 2 F VCB )] t
2  s  t e
[ s  ( 2 F VCB )] t
e
[ s ( 2 F VCB )] t
2  s  t e
Note que Cb’=Ci’ quando S = 2F+VCB,
no caso MOS-2T isto ocorre em S = 2F.
Fig 3.2
Fig.3.2
Tracejado VCB = 0
Linha cheia VCB >0
Diferença em relação
ao MOS-2T:
Cg’(LF) = Cg’(HF),
pois contato com n+
pode fornecer QI’
para acompanhar QG’
Similar ao MOS-2T:
lnQI’ é linear em I.
Fraca;
QI’ é linear em I. Forte.
Limites de Inv. Fraca:
• Inferior: S = F+VCB  VGB=VLB
• Superior: S = 2F+VCB  VGB=VMB
Se aumentarmos VCB  as curvas deslocam-se para
a direita:
• VCB impede a formação de QI’ para S<2F+VCB
• QG’ será neutralizado por QB’ dB
• Quando dB  dj  S  j  VCB+VBI  permite
formar o canal com QI’ 
Se novamente aumentarmos VCB 
• QI’
• necessitamos  VGB para recompor QI’.
S x VGB
parametrizado
com VCB:
Fig. 3.3
Para VGB onde QI’ é desprezível  S = sa. 
VGB
'
B
'
ox
Q
 VFB  sa 
 VFB  sa    sa
C
2
2
 


 S    
 VGB  VFB    sa
 2

4


Corresponde à curva tracejada.  sa  f (VCB )
Para VGB tal que QI’ não seja desprezível, 
 próximo a (2F+VCB) 
[ S  ( 2 F VCB )] t
VGB  VFB   S    S  t e
Na região onde QI’
é desprezível:
 d S
n  
 dVGB
n  1
Fig.3.4
1

 


2  sa (VGB )
(n = 1 a 1.5)
É comum trocar polarização
da Fig.3.1c pelo da Fig.3.1d
 VGB  VGC  VCB 
Trocar o eixo VGB
por VGC na Fig.3.2
VLB  VL

 VMB  VM
V  V
H
 HB