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Modello del transistore NMOS
Il modello per grande segnale del transistore NMOS è mostrato in figura A.1.
Figura A.1 Modello per grande segnale del transistore NMOS.
In tale figura possiamo osservare la presenza di 5 capacità, tutte variabili con la tensione a cui sono sottoposte. La distinzione che può essere fatta è fra:
• Capacità di gate: sono le capacità viste dal terminale di gate verso gli altri terminali del dispositivo
• Capacità di giunzione: sono le capacità dovute alle diffusioni di drain e source.
Le capacità di gate oltre a dipendere dalle tensione a cui sono sottoposte dipendono fortemente dalla zona di funzionamento del transistore. Vediamo adesso di analizzare il contributo di ciascuna capacità presente nel modello del transistore.
Appendice A 140
Le capacità di gate CGS, CGD e CGB possono essere scritte come:
) ( ) ( S GS C GS GS C C C = + ) ( ) ( S GD C GD GD C C C = + ) ( ) ( S GB C GB GB C C C = +
Dove l’apice (c) indica la capacità di canale, mentre l’apice (s) indica la capacità dovuta alla sovrapposizione del gate con il rispettivo elettrodo. Le capacità di sovrapposizione tengono conto della sovrapposizione geometrica che si può generare in fase di realizzazione del dispositivo fra il gate e gli altri terminali. In figura A.2 è mostrato il layout di un dispositivo NMOS, nel quale si evidenzia l’origine di tali capacità. I
Figura A.2 Layout del transistore NMOS: capacità di sovrapposizione.
l loro valore può essere determinato utilizzando i parametri delle model CGSDON e CGBO forniti nel manuale di processo della AMS. In particolare avremo:
W CGSDON C CGS(S) = GD(S) = ⋅ L CGBO CGB(S) = ⋅
Le capacità di canale invece variano in funzione della zona di funzionamento del transistore. La Tabella 21 riassume i valori che esse assumono.
In tabella si è indicato con Cox la capacità:
ox S ox ox t C con L W C Cox= ⋅ ⋅ =ε ⋅ε0
Modello del transistore NMOS 141
Tabella 21 Valore della capacità di canale al variare della zona di funzionamento del transistore.
Zona di
interdizione
Zona triodo Zona di saturazione ) (C GS C 0 3/4·Cox 2/3·Cox ) (C GD C 0 3/4·Cox 0 ) (C GB C L·W·Cox 0 0
Le capacità di giunzione abbiamo sono invece dovute ai pozzetti di drain e source i quali formano con il substrato due giunzioni p-n. Poiché nel normale funzionamento del dispositivo tali capacità sono polarizzate in inversa avremo che il loro comportamento in funzione della tensione applicata ai terminali può essere determinato mediante le due relazioni:
MJSWN BS MJN BS BS PBN V PS CJSWN PBN V AS CJN C ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⋅ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⋅ = 1 1 MJSWN BD MJN BD BD PBN V PD CJSWN PBN V AD CJN C ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⋅ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⋅ = 1 1
I parametri CJN, CJSWN, PBN, MJN e MJSWN sono quelli riportati nel manuale di processo della AMS. I parametri AS, AD, PS e PD rappresentano rispettivamente aree e perimetri di source e crain, e sono noti una volta dimensionato il dispositivo.
Infine il modello prevede le due resistenze RD e R le quali tengono conto del S
