Vamos a ver en esta clase algunas consideraciones adicionales del MOSFET que hacen que no sea un dispositivo tan lindo como el que vimos en las clases anteriores. Entonces las ecuaciones presentadas constituyen el modelo más sencillo del MOSFET. Aquà you vimos en 4.05. Se llama modelo del canal largo, también se llama modelo cuadrático porque la ecuación en región activa es cuadrática, modelo de campo bajo. Lamentablemente este modelo tiene varios problemas y la miniaturización de el positivo hace que genere un campo eléctrico muy grande, por lo tanto algunas de estas ecuaciones you dejan de ser válidas. Vamos a usar este modelo a lo largo del curso pero hoy dÃa vamos a ver algunas consideraciones adicionales que tienen estos modelos. Uno son el efecto de la temperatura, en general super difÃcil modelar todos los efectos de la temperatura. Cuando sube la temperatura la movilidad se ve reducida, porque empiezan a haber tantos portadores de carga y el camino medio que pueden recorrer antes de chocar con otro portador que se reduce. Entonces en promedio la velocidad máxima que alcanzan, la velocidad promedio cuando hay un campo eléctrico es menor. Entonces la movilidad baja. Pero el voltaje de umbral decrece a razón de un par de mili volts por cada grado Celsio, por lo tanto el efecto ento es una reducción en la corriente. Si yo tengo un MOSFET funcionando y elevo la corriente, elevo la temperatura, su corriente baja. ¿Qué sucede en transistores de potencia que se calientan mucho cuando están conduciendo? A ver, si se calienta baja la corriente, al bajar la corriente baja la disipación, al bajar la disipación, baja la temperatura, se estabiliza. De hecho nosotros podemos hacer MOSFET de potencia que son varios MOSFET en paralelo. Y eso funciona super bien, porque cuando uno se calienta más, baja la corriente y le da más pega al otro, entonces los MOSFET en paralelo funcionan muy bien. Perfeccionemos el modelo, yo habÃa dicho la clase anterior que en región activa la curva de corriente versus voltaje es plana, es horizontal. Lamentablemente eso no es asÃ, de hecho las curvas se ven más o menos una cosa asà en la práctica. Y eso hace que aquà haya una pequeña pendiente y esa pequeña pendiente, en el fondo es una resistencia, es una resistencia muy grande, a veces no tan grande que aparece ente dren y fuente. En el fondo la corriente dren sà depende de Vds. Pregunta, una fuente de corriente ideal, ¿cómo es la curva Id versus Vds? Nosotros sabemos qué hace. Plana, horizontal. Si tiene una pequeña pendiente eso lo convierte en una mala fuente de corriente porque se parece más a un Norton no ideal, un Norton ideal es plano. Entonces ahà hay un problema cuando tenemos una pendiente el transistor no es tan bueno como podrÃa ser. ¿Cuál es la consecuencia en el modelo? La resistencia finita entre dren y fuente que se le llama a veces resistencia de salida es causada por una serie de defectos, Channel Length Modulation o modulación de canal, [INAUDIBLE] Body Effect, tiene varias razones. Pero en total hace que aquà haya una pendiente. La influencia precisa de Vds sobre Rd es difÃcil de modelar, pero nosotros para este curso vamos a asumir que es más o menos una lÃnea recta y esa lÃnea recta vamos a asumir que cuando uno tiene varias curvas para diferentes Vgs, todas estas vamos a asumir que convergen en un punto y ese punto le vamos a llamar menos Va. Cierto, menos Va. Va entonces le vamos a llamar voltaje early que en BJT vamos a aprender por qué se llama asÃ, y landa es 1 partido por Va. Entonces modificamos la ecuación. Esta era la ecuación original que nosotros tenÃamos para el caso de región activa y ahora vamos a agregar el factor extra y ese factor extra es 1 más landa Vds. Entonces cuando existe este efecto de landa, cuando landa es distinto de 0, nosotros lo incorporamos en la ecuación de esta forma y tenemos que ese landa entonces hace que a medida crece Vds la corriente también crezca. [SONIDO] ¿Qué más? Tenemos que tener ciertos cuidados con las uniones PN del MOSFET. Este es un MOSFET, este es un NMOS, este es un PMOS y no hemos hablado hasta ahora del sustrato pero vamos a tratar de entenderlo ahora, este es N+ y este es P, este es N+. En un MOSFET la corriente va asÃ, entre difusiones n. Nosotros no queremos que haya corriente entre N y P, allà ojalá que no haya ningún tipo de corriente. Nosotros vemos esta estructura es como un diodo, allà hay un diodo y allà hay otro diodo, y nosotros queremos que ese diodo siempre esté polarizando en forma inversa. Entonces, ¿a qué voltaje conectamos este terminal? Para asegurar que el diodo parásito de las uniones PN estén polarizados de forma inversa. Y ese diodo se conecta al voltaje más negativo del circuito, puede ser tierra si tierra es el voltaje más bajo. Entonces conectamos el cuerpo a tierra o el cuerpo al voltaje más negativo. ¿Qué pasa en los PMOS? Los PMOS están construidos sobre un sustrato N, entonces un pozo N, y ese pozo N produce aquà una unión PN. Aquà hay PN, y esa unión queremos que estén polarizadas de forma inversa para que no haya corriente para que la única corriente sea a través del canal. Entonces, para polarizar esta unión de forma inversa tiramos el N de estos diodos al voltaje más alto del circuito, entonces el cuerpo que serÃa este terminal del MOSFET tipo P está conectado al voltaje más elevado del circuito. Uno puede hacer excepciones pero por ahora no las vamos a hacer, por ahora vamos a decir que por esta lámina por lo menos vamos a decir que el voltaje del cuerpo de todos los PMOS debe ir conectado al voltaje más alto para evitar que haya conducción por estos diodos parásitos. De la misma forma el voltaje de cuerpo de los NMOS debe ir al voltaje más bajo para que no haya conducción por estos diodos parásitos. Ahora vamos a cambiar esa pequeña, ese pequeño supuesto que habÃamos dicho en esta lámina. ¿Qué pasa si yo aquà por ejemplo agarro este voltaje y lo cambio? Yo podrÃa por ejemplo poner este voltaje aquà conectar estos dos, podrÃa hacerlo, y tal vez funcione igual. De hecho si es que este voltaje es suficientemente alto no voy a tener nunca una polarización directa en estos diodos parásitos. Entonces si el voltaje del cuerpo cae por debajo del voltaje de la fuente la región de agotamiento se ensancha, como consecuencia aparece una mayor carga latente negativa y esa mayor carga latente negativa queda al descubierto que repele a los electrones del canal y como consecuencia hace que Vt crezca. Entonces cuando yo aplico en NMOS, voy a agregarle un cuarto término un Vbs, ese voltaje de cuerpo que yo aplico al NMOS Vbs, ese Vbs puede ser bueno, puede ser malo, es pésimo, a ver, ¿por qué es pésimo? Si yo aplico Vbs aquÃ, ayúdenme a mirarlo. Este es el b, esto es s, Vbs va a ser que este diodo que polarizamos de forma inversa, mala cosa. Entonces nunca puedo aplicar un Vbs ahÃ, lo que sà puedo aplicar en un Vsb. Si yo aplico un Vsb ahà todas las uniones están polarizadas de forma inversa y cuando yo hago crecer este Vsb que aparece en esta ecuación, el Vt, o sea el voltaje de umbral del MOSFET, ese del que habÃamos hablado hace un tiempo, crece. Entonces cuando este voltaje crece, Vt crece, Vt va a ser Vt0 que es el voltaje umbral cuando no hay Vsb más un efecto de Vsb, estas son constantes, por el momento vamos a asumir que son constantes. Y lo único que tenemos que entender entonces es que cuando el voltaje de cuerpo baja por debajo de Vsb, el voltaje de umbral crece. Cuesta más encender el MOSFET. Generalmente los MOSFET discretos tienen conectado el voltaje de cuerpo al voltaje de fuente, s y d están conectados. Los MOSFET integrados en cambio son dispositivos totalmente simétricos, entonces el cuerpo s y d, perdón son absolutamente intercambiables en un MOSFET integrado y el cuerpo va al voltaje más negativo del circuito. ¿Qué más? Los MOSFETs habÃamos dicho que tienen una compuerta delgadita, esta compuerta es la que permite un campo eléctrico vertical. Esa compuerta es super delgada, puede ser del orden de 1 nanómetro para un circuito con transistores de 45 nanómetros. ¿De qué magnitud estamos hablando que es el campo eléctrico? A ver, si este voltaje es del orden de 1 volt con respecto de aquÃ, 1 volt dividido por 1 nanómetro es algo asà como 10 a la 9 volts por metro, [INAUDIBLE] Y medio campo eléctrico, ese campo eléctrico destruye cualquier cosa. Es muy grande el campo eléctrico, muy grande. ¿Cuánto necesitamos para ionizar el aire? Del orden de 1000 volts por milÃmetro o 1 millón de volts por metro, esta cuestión es mil veces más grande, es el mega voltaje. Es medio campo eléctrico, tremendo. Entonces basta con un pequeño voltaje de compuerta en exceso por sobre el voltaje máximo que admite para romper la compuerta y echar a perder el chip completo. Entonces lo que hacemos es resolver algunos, resolver este problema de varias formas. Las reglas de antena permiten que durante la fabricación del chip no se produzcan voltajes muy elevados en compuerta, el otro que hacemos es diodos de protección, que you lo habÃamos mencionado cuando hablamos de diodos. Aquà está mi entrada del chip que tiene transistores y de esta forma nos aseguramos que este voltaje de compuerta no exceda mucho a Vdd ni caiga muy por debajo de tierra y con eso limitamos el rango de voltaje de este nodo. Capacitores de protección de ESD es un capacitor grande aquà que se lleva la carga y otras opciones es envolver el chip en papel de aluminio para que todos los nodos estén en el mismo potencial o meterlos en bolsas antiestáticas porque la estática me puede romper un chip, la estática puede producir voltajes de miles de volts y eso nos puede destruir un transistor, la compuerta del transistor en particular. EDS es electrostatic discharge o descarga electrostática. Lo dejamos hasta aquÃ, muchas gracias por la atención.
