5. Modélisation du transistor MOS

1
Mod
Modé élisation du lisation du
transistor MOS
transistor MOS
Modélisation petit signaux
Calcul manuel
Dimensionnement
Approche simplifiée
Master IGIS, spécialité Microélectronique
Cours de R. Grisel
Récapitulation
⋅−−= DS
DS
thGSOXnD V
V
VV
L
W
CI )
2
( µ
2
)(
2thGS
OXn
DVV
L
WC
I−=
µ
)1()(
2
2
DSthGS
OXn
DVVV
L
WC
I
λ
µ
+−=
−
=−
t
DS
t
GS
nU
V
nU
V
xD ee
L
W
kI 1
[]
DSthGSOXnD VVV
L
W
CI ⋅−= )(
µ

2
Modélisation petits signaux
en régime saturé
permet de modéliser le comportement du MOS en
présence de petites variations sur la source, la grille ou le
drain.
Modélisation petits signaux
en régime saturé : basses fréquences
Les capacités ne sont pas prises en comptes

3
Modélisation petits signaux
en régime saturé : basses fréquences
GS
DS
mV
I
g∂
∂
=
VS, VDDS
DS
ds V
I
g∂
∂
=
VG, VS
=1
rds
I
∂
SB
DS
mb V
-g ∂
=
VG, VD
Transconductance du mos Résistance de sortie du mos
Effet de substrat du mos
La variation du courant
de drain dans le MOS
∆ID= gm. ∆VG-g
mb. ∆Vs + gds. ∆VD
Transconductance du transistor : gm
Représente l ’action des variations de la
tension Vgs
LDOXn
thGS
DS
thGSOXn
GS
DS
m
I
W
C
VV
I
VV
L
W
C
V
I
g
µ
µ
2
)(
2
)(
=
−
=
−=
∂
∂
=
Pour la technologie 0.8 µm des exemples, µnCOX=103,6 µA/V²

4
Effet de substrat du transistor : gsgmb gmbs
Permet de répercuter les variations de la
tension VBS sur la valeur de la tension de seuil
FSB
m
BS
DS
mb
V
g
V
I
g
Φ+
=
∂
∂
=
22
γ
χ =
m
mb
g
g
(≈0.1 à 0.3). gmb est souvent négligé devant gm
SB
tn
tn
D
SB
D
mb V
V
V
I
V
I
g∂
∂
⋅
∂
∂
=
∂
∂
=mtnGSOXn
tn
DgVV
L
W
C
V
I−=−−=
∂
∂)(
µ
FSB
SB
tn
V
V
V
Φ+
=
∂
∂
22
γ
À prendre en compte si Vsb AC est non nulle
Résistance de sortie du transistor : rds
D
DS
DS
ds
ds
I
V
I
g
r
λ
1≅
∂
∂
==
représente la résistance de sortie du transistor et
modélise l’effet de modulation de la longueur du canal
La résistance de sortie dépend du paramètre technologique
λdont la valeur est mal contrôlée (mesurée pratiquement)
VA=1/ λest la tension Early (d’après l’appellation BJT)
)1()(
2
2
DStnGS
OXn
DVVV
L
W
C
I
λ
µ
+−= 2 )(
2tnGS
OXn
DVV
L
W
C
I−=
µ
Effet de modulation de canal court Courant de saturation

5
Modélisation petits signaux
en régime saturé : hautes et moyennes fréquences
Les capacités Cs-sw et Cd-sw sont généralement négligeables
(sauf dans le cas d ’une région fortement dopée p+sous l’oxyde).
Seule CGS (canal + « overlap ») est intrinsèque au fonctionnement du
composant, les autres sont des capacité « parasites »
Mod
Modè èle capacitif de Meyer standard le capacitif de Meyer standard
(Source et Drain de dimension nulle)
(Source et Drain de dimension nulle)
Pour le régime ohmique, on notera qu'à Vds=0
Pour le régime saturé, avec Vgst=0,
le modèle donne :