Elettronica dei Dispositivi: Condensatore MOS e Transistori FET

Queste flashcards coprono i concetti fondamentali dei dispositivi MOS e FET, inclusi i diagrammi a bande, le regioni di funzionamento (accumulazione, svuotamento, inversione, triodo e saturazione), le relative equazioni matematiche, gli effetti secondari come l'effetto body e la modulazione di canale, e i cenni sul processo di fabbricazione.

Qual è la struttura di un condensatore MOS su silicio di tipo p?

È composto da un elettrodo di porta (gate), un ossido di silicio ($SiO_2$) di spessore $T_{OX}$, e un substrato di silicio di tipo p (Body).

Cosa indica il simbolo $\chi$ nel diagramma a bande di un materiale semiconduttore?

Indica l'affinità elettronica.

In un condensatore p-MOS ideale, quale condizione corrisponde all'accumulazione di lacune?

La condizione di polarizzazione $V_G < 0$.

Cosa accade in un condensatore p-MOS ideale quando $V_G > 0$ ma $V_G < V_{TN}$?

Il dispositivo entra in regione di svuotamento (depletion), caratterizzata dalla presenza di ioni accettatori immobili.

Come viene definita la tensione di bande piatte ($V_{FB}$) nei diagrammi a bande reali?

Viene definita come la tensione $V_G$ che allinea le bande; in una struttura ideale $V_{FB} = \text{ms}$, dove ms rappresenta la differenza tra le funzioni lavoro.

Qual è la formula per la capacità totale di un condensatore MOS?

È la combinazione in serie della capacità dell'ossido ($C_{ox}$) e della capacità della regione di svuotamento ($C_d$): $\frac{1}{C} = \frac{1}{C_{ox}} + \frac{1}{C_d}$.

Cosa rappresentano $L$ e $W$ nella struttura di un transistore NMOS?

$L$ rappresenta la lunghezza del canale, mentre $W$ rappresenta la larghezza del canale.

Qual è la condizione per il funzionamento di un transistore NMOS in regione di triodo?

La condizione è $v_{GS} - V_{TN} \text{ } \ge v_{DS} \ge 0$.

Qual è l'espressione della corrente di drain $i_D$ per un NMOS in regione di saturazione?

$i_D = \frac{K_n}{2} (v_{GS} - V_{TN})^2 (1 + \lambda v_{DS})$.

Cos'è l'effetto di modulazione della lunghezza del canale e quale parametro lo descrive?

È il fenomeno per cui, all'aumentare di $v_{DS}$ oltre la saturazione, la lunghezza effettiva del canale diminuisce. È descritto dal parametro $\lambda$, dove $\lambda = \frac{1}{V_A}$.

Come viene definita la transconduttanza $g_m$ di un dispositivo MOS?

Lega i cambiamenti nella corrente di drain a variazioni nella tensione gate-source: $g_m = K_n' \frac{W}{L} (V_{GS} - V_{TN}) = \frac{2I_D}{V_{GS} - V_{TN}}$.

Qual è la formula per la tensione di soglia $V_{TN}$ considerando l'effetto body?

$V_{TN} = V_{TO} + \gamma (√(v_{SB} + 2\phi_F) - √(2\phi_F))$.

Qual è la differenza fondamentale tra un NMOS ad arricchimento e uno a svuotamento (depletion)?

Nel MOSFET a svuotamento, il valore della tensione di soglia è $V_{TN} \le 0$ e il dispositivo conduce anche per $v_{GS} = 0$.

Quali sono le capacità interne di un NMOS in regione di triodo?

Le capacità principali sono $C_{GS} = \frac{C_{GC}}{2} + C_{GSO} W$ e $C_{GD} = \frac{C_{GC}}{2} + C_{GDO} W$, dove $C_{GC}$ è la capacità gate-canale totale.

Cos'è la tensione di strozzamento (pinch-off) $V_P$ in un JFET?

È il valore di $v_{GS}$ per cui le regioni di svuotamento si estendono fino a far scomparire il canale, rendendo la sua resistenza infinita.

Qual è la funzione della Maschera 1 nel processo di fabbricazione di un transistore NMOS?

Definisce l'area attiva o la regione dell'ossido sottile del transistore.

Nel modello ad ampi segnali del MOSFET, come si esprime la resistenza di uscita $r_o$?

$r_o \cong \frac{V_A}{I_D} = \frac{1}{\lambda I_D}$.

Cosa caratterizza la struttura Complementary MOS (CMOS)?

La coesistenza di transistori NMOS e PMOS sullo stesso chip, utilizzando spesso una "n-well" per posizionare i transistori PMOS su un substrato di tipo p.