Phénomène où une polarisation inverse entre source et substrat (body) augmente la charge de déplétion et élève la tension de seuil. Aussi appelé effet body ; parfois exploité pour ajuster le seuil.
Nom japonais: 基板バイアス効果
« Effet de substrat » apparaît dans 3 questions d'entraînement réparties sur 1 thèmes, dont MOSFET.
Domaine: MOSFET
Dans un MOSFET à canal n, la grille doit d'abord compenser la charge négative de la zone de déplétion située dessous avant qu'une couche d'inversion puisse se former. Lorsque la jonction source-substrat est polarisée en inverse (VSB supérieure à zéro, c'est-à-dire substrat négatif par rapport à la source), la zone de déplétion s'élargit et contient davantage de charge, si bien qu'une tension de grille plus élevée est nécessaire pour atteindre l'inversion. L'expression classique est Vth = Vth0 + γ(√(2φF + VSB) − √(2φF)), où le coefficient d'effet de substrat γ = √(2qεSi·NA)/Cox augmente avec un dopage du substrat plus élevé et avec un oxyde de grille plus épais.
Dans un empilement de nMOS en série, comme le réseau de tirage vers le bas d'une porte NAND, seul le transistor du bas a sa source à la masse. Les transistors supérieurs voient des potentiels de source plus élevés : leur Vth augmente et ils conduisent moins de courant. Dans un transistor de passage nMOS seul dont la grille est à VDD, la sortie ne peut monter qu'à environ VDD − Vth, et comme Vth augmente à mesure que la source monte, le niveau final est encore plus bas. Dans un étage source suiveuse, l'effet de substrat ajoute une transconductance de grille arrière gmb qui abaisse davantage le gain en tension sous 1.
Les concepteurs analogiques expriment souvent l'effet de substrat par le rapport gmb/gm, qui pour les transistors sur substrat massif se situe couramment entre environ 0,1 et 0,3 selon le dopage et la polarisation. Une source suiveuse dans un procédé courant sur substrat p, où le substrat du nMOS est relié à la masse, voit son gain limité à environ gm/(gm + gmb), même avec une charge idéale. Placer le transistor dans son propre caisson et relier le substrat à la source supprime l'effet, au prix d'une surface supplémentaire et de la capacité du caisson.
La même physique est utilisée volontairement. Une polarisation inverse du substrat élève Vth pour réduire la fuite sous le seuil en veille, et une polarisation directe abaisse Vth pour gagner en vitesse, ce qui permet aussi aux concepteurs de compenser les variations de procédé après fabrication. Ce levier dépend de la structure du composant. Dans les FinFET, l'ailette mince est contrôlée presque entièrement par la grille, si bien que la polarisation du substrat a peu d'effet, alors que les transistors FD-SOI (silicium sur isolant totalement déplété) à oxyde enterré mince offrent une large plage de réglage par polarisation arrière.
Réponse : A. Elle augmente
Une polarisation inverse entre source et substrat élargit la zone de déplétion sous la grille et augmente sa charge, ce qui exige une tension de grille plus élevée pour la compenser. La tension de seuil augmente donc (effet de substrat, body effect). Dans des transistors en série, le potentiel de source du transistor supérieur s’élève, ce qui augmente son Vth par cet effet et le ralentit. À l’inverse, certaines techniques exploitent cette propriété pour ajuster Vth par la tension de substrat et réduire les fuites.
Réponse : A. Le gain en tension est légèrement inférieur à 1 et l’impédance de sortie est faible
Dans un suiveur de source, la tension de source suit la tension de grille avec un décalage de VGS ; le gain en tension est légèrement inférieur à 1 (gmRs/(1 + gmRs)) et en phase. L’effet de substrat réduit encore le gain. L’impédance d’entrée, sur la grille, est quasi infinie, et l’impédance de sortie faible, d’environ 1/gm ; le montage sert de tampon. Il correspond au suiveur d’émetteur, mais le décalage de niveau (VGS) est plus grand que VBE et plus dispersé.
Oui. Les deux noms désignent la variation de la tension de seuil d'un MOSFET provoquée par une tension entre la source et le substrat (body) ; une polarisation inverse élève Vth et une polarisation directe l'abaisse.
Lorsque la sortie (la source) varie, la tension source-substrat change et décale Vth, ce qui agit comme une seconde transconductance gmb s'opposant au signal. Le gain devient environ gm/(gm + gmb) au lieu de tendre vers 1.
Relier le substrat de chaque transistor à sa propre source supprime VSB, mais le composant doit alors se trouver dans un caisson séparé, ce qui coûte de la surface et n'est possible que pour le type de transistor réalisé en caisson dans un procédé donné.
La tension de seuil augmente donc (effet de substrat, body effect).
Dans un MOSFET à canal n, si l’on applique au substrat (bod…L’effet de substrat réduit encore le gain.
Quelle est la caractéristique d’un montage suiveur de sourc…De plus, l’élévation du potentiel de source augmente Vth par effet de substrat, et la tension atteinte est en réalité un peu plus basse.
Avec un transistor de passage (interrupteur) constitué d’un…Tension de seuil Zone de déplétion (zone de charge d'espace) RIE (gravure ionique réactive) Porte de transmission CMOS Couche d'inversion Courant de court-circuit transitoire DIBL Effet de canal court GIDL (fuite de drain induite par la grille)