2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS MOS transistor i tverrsnitt Halvleder Silisum:pn overgang:

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS Transistor tverrsnitt: nMOS transistor pMOS transistor

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS Tverrsnitt av CMOS inverter

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS Akkumulasjon, deplesjon og inversjon Under gaten: Akkumulasjon: Deplesjon: Inversjon:

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS Enkel beskrivelse av MOS transistor Ubiasert: Biasert: Lineært område Metning Lineært område:

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS Enkel MOS transistor modell 1.AV (cut off): V gs < V t, som betyr at gate source spenningen ikke er tilstrekkelig til at det blir dannet kanal. I ds = 0. 2.PÅ, lineært område: V gs > V t og 0 < V ds < V gs –V t, som betyr at det er dannet kanal som strekker seg fra drain til source. Transistoren er i det lineære området. 3.PÅ, metning: Vgs > Vt og Vds > Vgs –Vt, som betyr at det er dannet kanal på source siden, men ikke på drain siden. Transistoren er i metning.

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS Enkel transistor modell: Ved kanal, vil gjennomsnittelig spenning over gate kapasitansen være: Gate kapasitansen er avhengig av arealet (kanalen), tykkelsen på det isolerende laget t ox og permitiviteten til det isolerende laget:

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS Gjennomsnittelig hastighet til ladningsbærere i kanalen vil bli bestemt av det elektriske feltet E over kanalen og ladningsbærernes mobilitet  : Det elektriske feltet er avhengig av spenningen over kanalen Vd s og kanalens lengde L: Tiden det tar for en ladningsbærer å krysse kanalen er gitt av kanalens lengde og ladningsbærernes hastighet: Strøm mellom drain og source kan uttrykkes som den totale mengde ladning i kanalen dividert på tiden som behøves for å krysse kanalen:

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS I det lineære området kan vi modellere strømmen tilsvarende en motstand: Vi ser først på konduktans: Dette gir modell for motstand: Som kan forenkles til:

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS I metning vil spenningen over kanalen være begrenset til den spenningen som er tilstrekkelig for å danne kanal på drain siden: Vi kan finne gjennomsnittelig spenningen over kapasitansen i metning ved å erstatte V ds med V dsat : Vi setter inn for V gc og V ds = V dsat i transistor modellen:

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS Transistormodellen:

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS pMOS transistormodell: Source Drain

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS I-V karakteristikker

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS Oppgave Gitt en nMOS transistor i en 180nm CMOS prosess med bredde W lik 0.36  m og lengde L lik 0.18  m. Anta at tykkelsen på tynnoksid t ox =50Å og at mobiliteten  = 200cm / Vs. Beregn  og gatekapasitans for transistoren: 2 C ox : :: Cg:Cg:

2008 INF3400 Grunnleggende digital CMOS Eksamensoppgave 2005 Gitt enkle transistor modeller for nMOS transistor, skisser strøm som funksjon av V gs for ulike V ds spenninger. Marker terskelspenning, lineært område og metning på skissen. Terskelspenning V t Lineært område Metning