Download Caracterización de MOSFETs - I Medidas de I vs. VGS y VDS

Tecnología de Dispositivos y Componentes Electrónicos y Fotónicos
Prácticas de Laboratorio
Caracterización de MOSFETs - I
OBJETIVOS
− Visualización de las características en DC de transistores MOS y realización de medidas.
− Obtención de los parámetros del modelo para análisis manual.
− Obtención de parámetros del modelo en pequeña señal
MATERIAL
− Tarjeta de adquisición (DAQ)
− Sotfware: LABVIEW, MATLAB.
− Instrumental de laboratorio: Fuentes de alimentación, osciloscopio.
− Transistores MOS de la familia CMOS 4000 (MC14007UB)
− Amplificador operacional 741 (LM741CM), resistencias.
Medidas de I D vs. VGS y VDS
1.
DESCRIPCIÓN
1.1. Montaje
Se propone medir la intensidad de drenador utilizando para ello una sonda de intensidad realizada con un
amplificador operacional (AO) y una resistencia. Realice el montaje que se indica en la Fig.1 sobre una regleta.
Para ello utilice un chip 4007 (transistores MOS) y un AO 741. Polarice el AO entre +15V y -15V con las salidas
flotantes de la fuente de alimentación.
1kΩ
DAC1 OUT
(DAQ)
−
vo
+
ACH0 (DAQ)
Fig. 1
DAC0 OUT (DAQ)
AGND (DAQ)
1.2. Trazado de características
Conecte las salidas del DAQ (DAC1 OUT y DAC2 OUT), la tierra (AGND) y la entrada (ACH0) como se
indica en la Fig.1. Arranque el trazador de características (trazador.exe). Compruebe su funcionamiento visualizando las siguientes características:
− Intensidad de drenador frente a VGS (0:0.05:5 V) para un valor pequeño de VDS. Por inspección,
obtenga un valor aproximado para la tensión umbral.
− Intensidad de drenador frente a VDS (0:0.05:5 V) para varios valores de VGS sobre la tensión umbral.
− Intensidad de drenador frente a VGS en subumbral (seleccionar escala logarítmica en eje Y). Obtenga
por inspección los límites de inversión débil y la intensidad de fuga de la unión drenador-substrato.
Nota:
Para realizar las distintas medidas deberá cambiar el valor de la resistencia en la Fig.1 para: evitar
que el AO sature en intensidad, evitar que la DAQ sature en tensión y proporcionar suficiente resolución para intensidades pequeñas.
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1.3. Obtención de datos para su posterior análisis
− Realice una medida de la intensidad de drenador en inversión fuerte óhmica (valor pequeño de VDS,
0.05V) barriendo VGS en el rango (VTO+0.5:0.05:5 V). Salve los datos a un fichero y anote los valores
de VDS y VGS.
− Realice una medida de la intensidad de drenador en inversión fuerte saturación (valor grande de VDS,
4V) barriendo VGS en el rango (VTO+0.5:0.05:5 V). Salve los datos a un fichero y anote los valores de
VDS y VGS.
− Realice una medida de la intensidad de drenador en inversión fuerte barriendo VDS en el rango
(0:0.05:5 V) para VGS=(VTO+0.5:0.5:3.5 V). Salve los datos a un fichero y anote los valores de VDS y
VGS.
− Realice una medida de la intensidad de drenador en inversión débil para VDS=0.2V barriendo VGS en
el rango (0:0.05:2 V). Salve los datos a un fichero y anote los valores de VDS y VGS.
Medidas de ID vs. VGS y VBS
2.
DESCRIPCIÓN
2.1. Montaje
Modifique el montaje de la Fig.1 como se indica en la Fig.2.
1kΩ
−
DAC1 OUT
(DAQ)
+
DAC0 OUT (DAQ)
vo
ACH0 (DAQ)
Fig. 2
VDS (Generador de funciones)
AGND (DAQ)
2.2. Trazado de características
Conecte las salidas del DAQ (DAC1 OUT y DAC2 OUT), la tierra (AGND) y la entrada (ACH0) como se
indica en la Fig.2. Compruebe su funcionamiento visualizando las siguientes características:
− Intensidad de drenador frente a VGS (0:0.05:5 V) para un valor pequeño de VDS (0.05V) para valores
de VBS en el rango (-2:0.5:0 V). Observe el aumento de la tensión umbral debido al efecto substrato.
Elija un valor de VGS tal que todas las curvas estén en inversión fuerte.
2.3. Obtención de datos para su posterior análisis
− Realice una medida de la intensidad de drenador en inversión fuerte óhmica (valor pequeño de VDS,
0.05V) barriendo VBS en el rango (-2:0.05:0 V) manteniendo el valor de VGS elegido en el apartado
anterior. Salve los datos a un fichero y anote los valores de VDS, VGS y VBS.
Análisis de resultados
El análisis de las medidas realizadas se realizará usando MATLAB. Para ello se han de escribir programas
que realicen el ajuste de una serie de parámetros de una expresión simbólica de la intensidad de drenador para
minimizar el error entre los datos obtenidos de tal expresión y los datos experimentales. Como ejemplo se
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entrega un programa “fitman.m” que realiza el ajuste de UO, VTO, THETA, NSUB y PHI a partir de las medidas
realizadas en el apartado anterior.
a) Usando “fitman” obtenga los valores de UO, VTO, THETA, NSUB y PHI suponiendo conocidos los siguientes parámetros del transistor: W e =640µm, Le =10µm, TOX=100nm. Como punto de partida para la
rutina de ajuste pueden usarse los siguientes valores (UO=600, VTO=2, THETA=0, NSUB=10, PHI=1)
b) Construya una rutina similar a “fitman” para ajustar el valor de α (=1+ δ) y LAMBDA (=1/VA) a partir de
medidas de la intensidad de drenador frente a VDS en inversión fuerte. Puede usar como datos conocidos los anteriores así como los ajustados en el apartado anterior.
c) Construya una rutina para ajustar el valor de I M y n a partir de medidas de la intensidad de drenador
frente a VGS en inversión débil. Utilice como dato conocido el valor de VM obtenido por inspección de
la curva ID -VGS en subumbral.
d) Obtenga con MATLAB los siguientes parámetros del modelo en pequeña señal a partir de las características I-V medidas:
− Transconductancia en ID, e IF (óhmica y saturación)
− Conductancia de salida en IF (óhmica y saturación)
− Transconductancia de substrato en IF (óhmica)
− Compruebe en cada caso la coincidencia de los valores obtenidos y los teóricos
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