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 Правовое регулирование сферы туризма 2. Реферат на тему Декабристы в Западной Сибири 3. Контрольная работа по Логистики 3 4. Реферат на тему The Evolution Of Inequality In The US 5. Реферат на тему Канада в первой половине XIX века Англо-американская война 18121815 годов 6. Статья Работа с бинарными данными и реестром Windows на платформе. NET 7. Курсовая на тему Процессуальный порядок допросов по уголовным делам 8. Реферат Papilio homerus 9. Доклад Русский язык конца XX века 10. Реферат на тему Got Those Opec Blues Again And Bukvasha Правила Контакты