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Seccion 6.11: Complementary MOSFET (CMOS)
Si construimos un p-channel y un n-channel MOSFET en el
mismo substrate obtenemos un circuito logico. A esta
configuracion se le conoce como complementary
MOSFET (CMOS). La siguiente figura muestra un
diagrama de dicha construction.
SiO,
/?-type substrate
Tal y como muestra el diagrama, hay un canal inducido de
tipo p y otro canal inducido de tipo n.
Los CMOS se caracterizan por su alta impedancia, fast
switching speed, y menor consume de potencia.
El anterior diagrama corresponde al circuito de un
invertidor, el cual aparece en la siguiente figura.
69
vc
t "' H f
Q
"'• "
1 u^.
I i™
Hi
V
0
,
= 5V
/>-channel
MOSFET
o
V
~
fW
(0-state
5V
f!- si ate')
°
la|—i
1
//-channel
MOSFET
Noten que:
• GI esta conectado a GI, y ambos a su vez estan
conectados al voltaje de entrada Vi.
• DI esta conectado a D2, y ambos a su vez estan
conectados a la salida V 0 .
• Si esta conectado a ground.
• 82 esta conectado a VSs •
El circuito logico es un invertidor, pues se rige por el
siguiente truth table.
1
o
Vc
0
1
70
Veamos como funciona.
Si Vi = + 5 V, Q2 esta apagado y Qi esta prendido. For lo
tanto, la salida V0 queda desconectada del power supply y
conectada a ground o tierra. For lo tanto, V0 = 0 V.
vss Q 5 V
Q2 off
£_ s o V (0-siate)
Si Vj = 0 V, Q2 esta prendido y Qi esta apagado. For lo
tanto, la salida V0 queda desconectada de ground y
experimental el voltaje del power supply menos una
pequena caida de voltaje de source a drain en Q2. Para
efectos practices, V0 ~ 5 V.
Simpre tendremos uno de los dos MOSFETs prendido y el
otro apagado. En ambos casos la corriente que fluye es la
corriente de leakage que es muy baja. For lo tanto, no
importa en que estado este el dispositive, el consumo de
potencia es minimo, haciendo que el circuito sea ideal para
la construccion de circuitos logicos. Ademas, la impedancia
de entrada es bien alta.
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Seccion: 6.12: MESFETs
En los depletion y en los enhancement MOSFETs se usa
una barrera aislante entre el contacto de metal y el canal
tipo n. En cambio, en los MESFETs (metal - semiconductor
field effect transistor) en vez de usar una barrera aislante se
usa un Schottky barrier. La ausencia de una capa aislante
reduce la distancia entre la superficie del contacto de metal
del gate y la capa del semiconductor, reduciendo asi la
capacitancia parasita entre las dos superficies. Una menor
capacitancia parasita implica poder operar a mas altas
frecuencias.
Un Schottky barrier es una barrera de potencial para los
electrones formada en la union de un metal con un
semiconductor. For ejemplo, consideremos una union de un
metal como tungsteno con un semiconductor de tipo n. En
ambos materiales los electrones son los majority carriers.
El nivel de minority carriers (i.e. huecos) en el metal es
insignificante. Cuando los dos materiales se unen, los
electrones del semiconductor de tipo n immediatamente
fluyen hacia el metal proveyendo un gran flujo de majority
carriers. Esto se debe a la diferencia en niveles de energia.
Como los electrones del material tipo n fluyeron hacia el
metal, la ausencia de electrones libres en el semiconductor
de tipo n crea una region en el semiconductor sin carriers o
portadores de corriente, similar al depletion region en un pn junction. Los electrones adicionales en el metal crean una
barrera negativa en la frotera con el semiconductor
evitando que fluya corriente adicional. Esto es, los
electrones en el semiconductor de tipo n se enfrentan a una
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region sin portadores de corriente y una barrera negativa en
la superficie del metal.
La siguiente figura muestra la construccion de un n channel
MESFET.
Heavily doped
n-type region
Lightly doped
H-type region
Metal
(tungsten)
f)
/>type region
improves performance
Substrate
El gate esta conectado directamente al conductor metalico
pegado al canal n entre el source y el drain. Al aplicar un
voltaje positivo en el gate se reduce la fortaleza de la
barrera negativa en la superficie del metal y aumenta el
flujo de electrones a traves de la frontera. En cambio, al
aplicar un voltaje negativo en la superficie del metal, se
logra el efecto contrario, esto es, disminuye el flujo de
electrones pues aumenta la fortaleza de la barrera negativa.
La siguiente figura muestra las curvas caracteristicas de un
n-channel MESFET.
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+ 0.5 V
-0.5 V
VDS
Podemos observar que la curva de ID correspondiente a un
voltaje de gate a source positive esta sobre las curvas de ID
correspondientes a voltajes negatives de drain a source.
La siguiente figura muestra el simbolo de circuito para un
n-channel MESFET y su bias tipico.
9D
G
V,DO
9S