Оглавление

1. Основные сведения

2. Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Выводы

1. Основные сведения

Упрощенная структура МДП-транзистора с n-каналом, сформированного на подложке p-типа электропроводности, показана на рисунке 1.

Транзистор состоит из МДП-структуры, двух сильнолегированных областей противоположного типа электропроводности по сравнению с электропроводностью подложки и электродов истока и стока. При напряжении на затворе, превышающем пороговое напряжение (), в приповерхностной области полупроводника под затвором образуется индуцированный электрическим полем затвора инверсный слой, соединяющий области истока и стока. Если подано напряжение между стоком и истоком, то по инверсному слою, как по каналу, движутся основные для канала носители заряда, т.е. проходит ток стока.

2. Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

I. Выбор длины канала и диэлектрика под затвором транзистора:

а) выбор диэлектрика под затвором:

В качестве диэлектрика для GaAs выбираем Si₃N₄, т.к. он обладает довольно высокой электрической прочностью, а также образует сравнительно небольшую плотность поверхностных состояний.

б) определение толщины диэлектрика под затвором:

Слой диэлектрика под затвором желательно делать тоньше, чтобы уменьшить пороговое напряжение и повысить крутизну передаточной характеристики. С учётом запаса прочности имеем выражение:

В, => нм

в) выбор длины канала:

Минимальную длину канала длинноканального транзистора можно определить из соотношения:

,

где - глубина залегания p-n-переходов истока и стока, - толщина слоя диэлектрика под затвором, и - толщины p-n-переходов истока и стока, - коэффициент ( мкм^-1/3).

Толщину p-n-переходов истока и стока рассчитаем в приближении резкого несимметричного p-n-перехода:

,

где В, , ,

В

мкм

мкм

мкм

Результаты вычислений сведем в таблицу:

, мкм	, см-3	, см-3	, см-3	, В	, мкм	, мкм	, мкм	, мкм
0,16	107	1016	1017	1,102	1,6	0,36	0,2	4,29

Данный выбор концентраций обусловлен тем, что для вырождения полупроводника должны выполняться условия см^-3 и см^-3. С другой стороны при уменьшении или при увеличении происходит резкое увеличение длины канала (более 5 мкм). Поэтому и были выбраны такие значения концентраций. Глубина перехода выбрана исходя из тех же соображений.

II. Выбор удельного сопротивления подложки:

Удельное сопротивление полупроводника определяется концентрацией введенных в него примесей. В нашем случае см^-3 => Ом·см. Удельное сопротивление подложки определяет ряд важных параметров

МДП-транзистора (максимальное напряжение между стоком и истоком и пороговое напряжение).

Максимально допустимое напряжение между стоком и истоком определяется минимальным из напряжений: пробивным напряжением стокового перехода или напряжением смыкания областей объемного заряда стокового и истокового переходов.

а) напряжение смыкания стокового и истокового переходов:

Напряжение смыкания стокового и истокового переходов для однородно легированной подложки можно оценить, используя соотношение:

,

где - длина канала, которую принимаем равной минимальной длине . Пример расчета:

В - при см^-3

Результаты вычислений сведем в таблицу:

, см-3	1014	1015	1016	1017
, В	32,3	70,1	152,3	330,8

б) пробивное напряжение стокового p-n-перехода:

Пробой стокового p-n-перехода имеет лавинный характер и определяется по эмпирическому соотношению:

В –

намного больше, чем напряжение смыкания p-n-переходов.

Скорректируем значение пробивного напряжения, считая искривленные участки на краях маски цилиндрическими, а на углах - сферическими:

Результаты вычислений сведем в таблицу:

, см-3	1014	1015	1016	1017
, В	293,4	88,9	26,1	7,2
, В	152,2	61,4	25,3	10,8

Пример расчета:

для см^-3: В

В

Рис.2. Зависимость максимальных напряжений на стоке от концентрации примесей.

Исходя из найденной ранее концентрации примесей см^-3, имеем наименьшее из полученных напряжений В, что удовлетворяет условию задания (В).

III. Расчет порогового напряжения:

Пороговое напряжение МДП-транзистора с индуцированным каналом - это такое напряжение на затворе относительно истока, при котором в канале появляется заметный ток стока и выполняется условие начала сильной инверсии, т.е. поверхностная концентрация неосновных носителей заряда в полупроводнике под затвором становится равной концентрации примесей.

Пороговое напряжение, когда исток закорочен с подложкой, можно рассчитать по формуле:

- эффективный удельный поверхностный заряд в диэлектрике, - удельный заряд ионизированных примесей в обедненной области подложки, - удельная емкость слоя диэлектрика единичной площади под затвором, - контактная разность потенциалов между электродом затвора и подложкой, - потенциал, соответствующий положению уровня Ферми в подложке, отсчитываемый от середины запрещенной зоны.

Заряд ионизированных примесей определяется соотношением:

,

где - толщина обедненной области под инверсным слоем при .

Контактная разность потенциалов между электродом затвора и подложкой находится из соотношения:

.

Пример расчета:

В - для см^-3

Кл/см²

В

В

В качестве металла электрода была выбрана платина (Pt), т.к. она имеет наибольшую работу выхода электронов, что увеличивает пороговое напряжение.

Результаты вычислений сведем в таблицу:

, см-3	, В	, см-3	, В	Металл электродов	, эВ	, В
1011	0,65	0,5·10-8	2,08	Al	4,1	0,88
1012	0,71	0,6·10-8	2,06	Ni

4,5

1,28

10¹³

0,79

0,7·10^-8

2,04

Cu

4,4

1,18

10¹⁴

0,92

0,8·10^-8

2,02

Ag

4,3

1,08

10¹⁵

1,22

0,9·10^-8

2,00

Au

4,7

1,48

10¹⁶

2,08

10^-8

1,98

Pt

5,3

2,08

В результате расчетов было получено значение максимальное значение В при см^-3. Для того, чтобы получить В, требуется ввести новый технологический процесс, а именно имплантацию в приповерхностный слой отрицательных ионов акцепторной примеси с зарядом Кл/см^-2, которая позволит увеличить пороговое напряжение.

В итоге получаем следующие параметры:

, см-3	, см-3	, эВ	, мкм	, Ф/см2	T, K	, В
107	1016	1,43	0,16	5·10-8	0	0,52

, эВ	, эВ	, эВ	, В	, Кл/см2	, Кл/см2	, В
4,07	5,307	5,3	-0,0072	5,68·10-8	9,6·10-8	4

Температурная зависимость порогового напряжения:

ККК

, см-3	, В			, 10-8 Кл/см2			, В			, В
1013	0	0,35	0,36	0	0,15	0,15	0,52	0,17	0,16	2,34	2,72	2,73
1014	0	0,41	0,42	0	0,50	0,51	0,52	0,11	0,099	2,34	2,85	2,86
1015	0	0,46	0,48	0	1,69	1,71	0,52	0,051	0,04	2,34	3,15	3,16
1016	0	0,52	0,53	0	5,68	5,75	0,52	-0,0072	-0,02	2,34	4,00	4,03

Рис.3. Температурная зависимость порогового напряжения.

Из приведенных расчетов видно, что концентрация примесей, а также количество вводимых ионов были выбраны правильно, что обеспечило требуемую величину порогового напряжения (4 В).

IV. Определение ширины канала:

Ширину канала в первом приближении можно определить из соотношения:

,

где - крутизна характеристики передачи, - заданный ток стока, - подвижность носителей заряда в канале при слабом электрическом поле.

Пример расчета:

мкм

Результаты вычислений сведем в таблицу:

, мкм	, мА/В	, Кл/см2	, В	, Ф/см2	, см2/ (В·с)	, мА	, мкм
4,29	1,2	5,68·10-8	0,52	5·10-8	700	40	9,41

Т.к. ширина канала по величине сравнима с длиной каналу (), то выбираем топологию транзистора с линейной конфигурацией областей истока, стока и затвора.

V. Расчет выходных статических характеристик МДП-транзистора:

Выходные статические характеристики представляют собой зависимости тока стока от напряжения на стоке при постоянных напряжениях на затворе:

,

где - критическая напряженность продольной составляющей электрического поля в канале.

На пологом участке вольт-амперной характеристики, т.е. при , воспользуемся следующей аппроксимацией:

,

где - ток стока при , - длина "перекрытой" части канала вблизи стока.

Расчет произведем по формуле:

где = 0,2 и = 0,6 - подгоночные параметры.

Пример расчета:

В

В

мкм

мА

Результаты вычислений сведем в таблицу:

, В	, В	, В	, В	, мА	, В/см
-0,108	20	10,35	4	4,58	40000

, В		0	1		2		3		4		5		6	7
, мкм		---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- , мА 0 1,11 1,99 2,71 3,28 3,73 4,06 4,31 , В 8 9 10 11 12 13 14 15 , мкм ---- ---- ---- 0,031 0,073 0,108 0,139 0,166 , мА 4,47 4,56 4,58 4,61 4,66 4,7 4,73 4,76 Рис.4. Статические выходные характеристики транзистора. Зависимость, построенная на данном графике, довольно точно характеризует практическую закономерность возрастания выходного тока при увеличении напряжения между стоком и истоком. Характерный рост тока происходит до В (В), после чего наступает насыщение, при котором ток стока слабо зависит от напряжения на стоке из-за отсечки канала. VI. Расчет крутизны характеристики передачи: Если напряжение на стоке меньше напряжения насыщения, то крутизна определяется соотношением: При расчет крутизны характеристики передачи производим по приближенной формуле: Пример расчета: мА/В Результаты вычислений сведем в таблицы:тВ , В 0 1 2 3 4 …. 20 , мА/В 0 0,076 0,15 0,23 0,3 В , В 0 1 2 10 11 …. 20 , мА/В 0 0,076 0,15 0,76 0,79 В , В 0 1 2 16 17 …. 20 , мА/В 0 0,076 0,15 1,2 1,24 Рис.5. Крутизна характеристики передачи транзистора. Как видно из графика и расчетов, крутизна характеристики передачи, выбранная для расчета ширины канала (на графике обозначена мА/В), обеспечивается при В и В. Выводы В данной работе был произведен расчет основных параметров МДП-транзистора с индуцированным n-каналом, а также выбор и обоснование использования материалов и технологических методов его изготовления. итоговые значения основных параметров: толщина диэлектрика под затвором нм, минимальная длина канала (критерий длинноканальности) мкм, концентрация примесей в подложке см-3, максимальное напряжение на стоке В, пороговое напряжение В, ширина канала мкм. По этим параметрам был произведен расчет выходной характеристики транзистора, выбор топологии и построение зависимости крутизны ВАХ от напряжений на стоке и затворе. 1. Топология транзистора 2. Поперечное сечение транзистора 1. Реферат Профессор Штермери Ван-дер-ПолC.Stormer,Van-der-Pol 2. Реферат Милетская школа- философское учение древней Греции 3. Диплом Эффективность управления активами и пассивами с целью поддержания ликвидности на уровне филиала 4. Реферат Контрольная по английскому языку 5. Реферат Проблемы экологии и роль среды для жизни 6. Курсовая на тему Протоколы маршрутизации RIP и OSPF 7. Контрольная работа на тему Страхование ответственности 5 8. Реферат Борьба за существование 9. Сочинение на тему Прочее - Что за прелесть эти сказки 10. Реферат на тему Комфортные условия жизнедеятельности Bukvasha Правила Контакты