More Related Content More from Prakash Rao (20) VLSI22. MMOOSS TTrraannssiissttoorr TThheeoorryy
TTwwoo ttyyppeess ooff ttrraannssiissttoorrss
–– nnMMOOSS
–– ppMMOOSS
DDiiggiittaall iinntteeggrraatteedd cciirrccuuiittss uussee tthheessee
ttrraannssiissttoorrss eesssseennttiiaallllyy aass aa vvoollttaaggee
ccoonnttrroolllleedd sswwiittcchh
8. nnMMOOSS TTrraannssiissttoorr
+ + +
Channel+
+ +
- - - -
- - - + + + + + + +
+ + + +
+
+
- - - -
- - -
+
+ +
Gate
Polycrystaline Silicon
Source
Accumulation Mode
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
Oxide
Drain
+
9. nnMMOOSS TTrraannssiissttoorr
+ + +
Channel+
+ +
- - - -
- - - + + + + + + +
+ + + +
+
+
- - - -
- - -
+
+ +
Gate
Polycrystaline Silicon
Source
Accumulation Mode
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
Oxide
Drain
+
10. nnMMOOSS TTrraannssiissttoorr
Gate
VGS < VT
+ -
Source
+
+ +
- - - -
- - -
Oxide
Depletion Region
- - - - +
- - - + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + +
+ + + +
+ + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + +
+ + + +
+ + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
Depletion Mode
Drain
11. nnMMOOSS TTrraannssiissttoorr
Inversion Region
Gate
VGS > VT
+ -
Source
Oxide Drain
+ - - - -
+ + - - -
- - - - - - - -
Depletion Region
- - - - +
- - - + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + +
+ + + +
+ + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + +
+ + + +
+ + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
Inversion Mode
14. TThhrreesshhoolldd VVoollttaaggee
DDeeppeennddeenntt oonn
–– GGaattee ccoonndduuccttoorr mmaatteerriiaall
–– GGaattee iinnssuullaattoorr mmaatteerriiaall
–– CChhaannnneell DDooppiinngg
–– VVoollttaaggee ddiiffffeerreennccee bbeettwweeeenn ssoouurrccee aanndd bbooddyy
15. TThhrreesshhoolldd VVoollttaaggee
2F VSB 2FVT VT0
•Threshold voltage is usually arrived at
empirically
• is the body-effect coefficient and controls the
impact of the source to bulk voltage
•F is the Fermi potential and is dependent on
doping levels
kT NA
F ln
Ni q
16. ppMMOOSS TTrraannssiissttoorr
-
-
-
-
-
+ + + +
+ + +
Channel
- - - - - - - -
- - - - - - - - -
+ + + +
+ + +
-
- -
Gate
Polycrystaline Silicon
Source
Accumulation Mode
Oxide
Drain
-- --- - - -- - - -- - - -
- - - - - - - - - - - -- - - -- - -
- -
-
--
--
-
-
-- - - - - - - - - - - - -
- - - - -
- - - - -- -- -
-
-
-
-- -----
-
--- ---
- --
-
- - - - - - - - - -
- - - - - - - -
------
- - - - -- --
- -------
- - - - - - --
- -- -
-
26. EExxaammppllee
n= 600 cm2/V s
Cox= 7 x 10-8 F/cm2
W = 20 mm
L = 2 mm
kknn == n Cox W/L = 0.42 mA/V2
30. MMOOSS TTrraannssiissttoorr
CCuuttooffff rreeggiioonn ((VVGGSS<<VVTT))
IDS 0
LLiinneeaarr rreeggiioonn ((VVGGSS>>VVTT,, VVDDSS<<VVGGSS--VVTT))
V 2
I k V V V DS
DS n GS
T DS
2
SSaattuurraatteedd rreeggiioonn ((VVGGSS>>VVTT,, VVDDSS>>VVGGSS--VVTT))
2
IDS kn
VGS VT
2
31. MMOOSS TTrraannssiissttoorr
CCuuttooffff rreeggiioonn ((VVGGSS<<VVTT))
S D
LLiinneeaarr rreeggiioonn ((VVGGSS>>VVTT,, VVDDSS<<VVGGSS--VVTT))
S D
SSaattuurraatteedd rreeggiioonn ((VVGGSS>>VVTT,, VVDDSS>>VVGGSS--VVTT))
S D
33. BBooddyy eeffffeecctt
WWee aassssuummeedd tthhaatt VVSSBB==00 -- II..ee.. tthhee ssoouurrccee
ppootteennttiiaall eeqquuaallss tthhee ssuubbssttrraattee ppootteennttiiaall
IInn cceerrttaaiinn ssiittuuaattiioonnss,, tthhiiss aassssuummppttiioonn iiss
nnoott ttrruuee
HHaass tthhee eeffffeecctt ooff rraaiissiinngg tthhee tthhrreesshhoolldd
vvoollttaaggee
34. CChhaannnneell--LLeennggtthh MMoodduullaattiioonn
WWee pprreevviioouussllyy aassssuummeedd aa ccoonnssttaanntt LL
IInn rreeaalliittyy,, wwhheenn VVDS >> ((VVGGSS--VVT)),, tthhee cchhaannnneell iiss
ppiinncchheedd ooffff aanndd tthhee eeffffeeccttiivvee cchhaannnneell lleennggtthh iiss
rreedduucceedd..
PPiinncchh ooffff lleennggtthh iiss pprrooppoorrttiioonnaall ttoo tthhee ssqquuaarree
rroooott ooff VVGGSS--VVT
NNeett eeffffeecctt iiss tthhaatt IIDDSS iiss nnoott ccoonnssttaanntt iinn tthhee
ssaattuurraatteedd rreeggiioonn..
35. MMOOSS TTrraannssiissttoorr
CCuuttooffff rreeggiioonn ((VVGGSS<<VVTT))
IDS 0
LLiinneeaarr rreeggiioonn ((VVGGSS>>VVTT,, VVDDSS<<VVGGSS--VVTT))
V 2
I k V V V DS
DS n GS
T DS
2
SSaattuurraatteedd rreeggiioonn ((VVGGSS>>VVTT,, VVDDSS>>VVGGSS--VVTT))2
IDS kn
VGS VT
2
1 VDS
38. DDrraaiinn ppuunncchh--tthhrroouugghh
FFoorr vveerryy llaarrggee VVDDSS,, tthhee ddeepplleettiioonn rreeggiioonn
ggrroowwss ffrroomm tthhee ddrraaiinn ttoo tthhee ssoouurrccee
CCuurrrreenntt ffllooww iinnccrreeaasseess rraappiiddllyy
VVGGSS hhaass nnoo ccoonnttrrooll oonn tthhee ccuurrrreenntt
PPootteennttiiaallllyy ddaammaaggiinngg ttoo ttrraannssiissttoorr
SShhoorrtt cchhaannnneell eeffffeecctt
39. IImmppaacctt iioonniizzaattiioonn
AAtt ssmmaallll ggaattee lleennggtthhss,, eelleeccttrriicc ffiieelldd
bbeeccoommeess mmoorree pprroonnoouunncceedd
EElleeccttrroonnss ggeett eexxcciitteedd wwiitthh eennoouugghh eenneerrggyy
ttoo ccaauussee aa ssuubbssttrraattee ccuurrrreenntt
TThhiiss ccaauusseess cchhaannggee ooff ttrraannssiissttoorr
ppaarraammeetteerrss -- tthhrreesshhoolldd vvoollttaaggee,, ccuurrrreenntt
ffllooww,, eettcc..
40. VVeelloocciittyy SSaattuurraattiioonn
AAssssuummppttiioonn wwaass tthhaatt ccaarrrriieerr vveelloocciittyy iiss
pprrooppoorrttiioonnaall ttoo eelleeccttrriicc ffiieelldd
WWhheenn cchhaannnneell iiss ssmmaallll,, aanndd tthhee vvoollttaaggee iiss
llaarrggee,, tthhee vveelloocciittyy ccaann ssaattuurraattee
n c
nc c
c is value of electric field at which velocity saturates
41. MMOOSS TTrraannssiissttoorr
CCuuttooffff rreeggiioonn ((VVGGSS<<VVTT))
IDS 0
LLiinneeaarr rreeggiioonn ((VVGGSS>>VVTT,, VVDDSS<<VVGGSS--VVTT))
V 2
I k V V V DS
DS n GS
T DS
2
SSaattuurraatteedd rreeggiioonn ((VVGGSS>>VVTT,, VVDDSS>>VVGGSS--VVTT))
V 2
I k V V V DSAT
DS n GS
T DSAT
2
46. nnMMOOSS TTrraannssiissttoorr
CCuuttooffff rreeggiioonn ((VVGGSSnn>>VVTTnn))
IDSn 0
LLiinneeaarr rreeggiioonn ((VVGGSSnn<<VVTTnn,, VVDDSSnn>>VVGGSSnn--VVTTnn))
V 2
I k V V V DSn
DSn n GSn
Tn DSn
2
SSaattuurraatteedd rreeggiioonn ((VVGGSSnn<<VVTTnn,, VVDDSSnn<<VVGGSSnn--VVTTnn))
2
IDSn kn
VGSn VTn
2
1 VDSn
47. ppMMOOSS TTrraannssiissttoorr
CCuuttooffff rreeggiioonn ((VVGGSSpp>>VVTTpp))
IDSp 0
LLiinneeaarr rreeggiioonn ((VVGGSSpp<<VVTTpp,, VVDDSSpp>>VVGGSSpp--VVTTpp))
V 2
I k V V V DSp
DSp p GSp
Tp DSp
2
SSaattuurraatteedd rreeggiioonn ((VVGGSSpp<<VVTTpp,, VVDDSSpp<<VVGGSSpp--VVTTpp))
2
IDSp kp
VGSp VTp
2
1 VDSp
51. ppMMOOSS TTrraannssiissttoorr
2
CCuuttooffff rreeggiioonn ((VViinn>>VVDDDD--VVTT))
IDSp 0
LLiinneeaarr rreeggiioonn ((VViinn<<VVDDDD--VVTT,, VVoouutt>>VViinn++VVTT))
I k
V V V V V Vout
VDD
DS p in
DD T out DD
2
SSaattuurraatteedd rreeggiioonn ((VViinn<<VVDDDD--VVTT,, VVoouutt<<VViinn++VVTT))
2
IDS kp
Vin VDD VT
2
1 Vout VDD