MOS: Device Operation & Large Signal Model
Lecture notes: Sec. 4 Sedra & Smith (6th Ed): Sec. 5.1-5.3 Sedra & Smith (5th Ed): Sec. 4.1-4.3
- F. Najmabadi, ECE65, Winter 2012
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MOS: Device Operation & Large Signal Model Lecture notes: Sec. 4 Sedra & Smith (6 th Ed): Sec. 5.1-5.3 Sedra & Smith (5 th Ed): Sec. 4.1-4.3 F. Najmabadi, ECE65, Winter 2012 Operational Basis of a Field-Effect Transistor (1)
insulator and charge likes to accumulate there.
Depletion Region (no majority carrier)
Depletion Region (no majority carrier)
2 11 −
tn GS
DS OV
n D DS n t GS
n D
v V L W C i v V v L W C i ) (
,
µ µ = − = MOS acts as a resistance with its conductivity controlled by VOV (or vGS). V L W C g v g i
OV
n DS DS DS D
with µ = = Overdrive Voltage:
tn GS OV
2
DS DS OV
n D
2
OV
n D
* Plot for Vt,n = 1 V and µnCox (W/L) = 2.0 mA/V2
DS GS D
A DS OV
n D
V v V L W C i / 1 1 5 .
2
= + = λ λ µ
| 2 | | 2 |
, F SB F tn tn
V V V φ φ γ − + + =
*Note: S&S defines |VOV |= vSG – |Vt,p| and uses |VOV |in the PMOS formulas.
SD OV
p D OV SD OV SD SD OV
p D OV SD OV D OV
2 2
DS OV
n D OV DS OV DS DS OV
n D OV DS OV D OV
2 2
DS D DS D D DD GS i
3
3
DS
D t GS i
3 3 2 3 2
− − OV DS DS
OV
n D OV DS
t GS OV t GS i
DS D DS D D DD GS i
3
3 3 2 3 2
− − OV DS DS DS OV
n D OV DS
t GS OV t GS i
DS D DS D D DD GS i
3
2 2 3
3 2
DS DS DS DS DS DS D DS DS OV
n D OV DS
t GS OV
3
D DS D OV DS
DS GS D DS D D DD i GS
DD D D DD DS
DS GS D DS D D DD i GS
DD D D DD DS
2 2 2
5 . 5 .
OV D OV
n DD DS OV
n D
V R V L W C V v V L W C i − = = µ µ
2 1 2 1 1 2 2 2 1
SD DD DS
D DS SD DD i DD SG i SG DD i GS
2 1 1
tp DD i DD SG D tn i GS
2 2 1 1
D tp DD i DD SG D tn i GS
2
OV OV
n D
2
DS DS DS OV
n D
2 1 2 1 1 2 2 2 1
SD DD DS
D DS SD DD i DD SG i SG DD i GS
2 2 2 1 1 1
SD D DD i DD SG DD DS D tn i GS
2 2 1 1
D DD i DD SG D tn i GS
2 2 1
D tp i DD SG tn DD i GS
2 1 2 1 1 2 2 2 1
SD DD DS
D DS SD DD i DD SG i SG DD i GS
2 2 2 1 1 1 DD SD D tp i DD SG DS D tn DD i GS
2 2 1 1
D tp i DD SG D tn DD i GS
GS2-KVL GS3-KVL GS4-KVL
1 1
1 2 2 1 2 2 DS GS DS GS
1 3 1 3
DD SG SG DD
2 4 2 4
DD SG SG DD
4 3 2 1 D D D D
4 3 1 2 4 SD SD DS DS SD DD
3 4 2 1 SD DD SD DD
DS
2 1 3 4 DS DS SD DD SD DD
4 4 2 4 3 3 1 3 2 1 1 2 2 1 1 1
SD D tp DD DD SG SD D tp DD DD SG D DS DS GS D tn GS
2 4 1 3 1 1 2 2 1 1 1
tp DD DD SG tp DD DD SG DS DS GS D tn GS
4 2 4 3 1 3 2 1 1 2 2 1 1 1
D tp DD DD SG D tp DD DD SG D DS DS GS D tn GS
DD SD DD
4
4 3 2 1 D D D D
2 1 3 4 DS DS SD DD SD DD
4 4 2 4 3 1 3 2 1 1 2 2 1 1 1 1
SD D tp DD DD SG D tp DD SG D tn DS DS GS DS D tn DD GS
DD SD DD
4
2 4 3 1 3 2 1 1 2 2 1 1
tp DD DD SG D tp DD SG D tn DS DS GS tn DD GS
4 2 4 3 1 3 2 1 1 2 2 1 1 1
D tp DD DD SG D tp DD SG D tn DS DS GS D tn DD GS
4 3 2 1 D D D D