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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.

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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