Расчет электрических характеристик интегрального МДП транзистора и интегрального БТ / КП_1.doc

КУРСОВОЙ ПРЕКТ ПО ФИЗИКЕ П/П ПРИБОРОВ

ОРГАНИЗАЦИЯ КП

КП состоит из 2 частей:

1). Расчет электрических характеристик интегрального МДП транзистора.

2). Расчет электрических характеристик интегрального БТ.

В пояснительных записках должны быть:

- расшифровка всех вводимых обозначений; - пояснения ко всем формулам;

- аккуратно выполненные рисунки; - чертежи топологии приборов;

- краткая маршрутная карта.

I. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КРЕМНИЕВОГО ИНТЕГРАЛЬНОГО п-КАНАЛЬНОГО МДП ТРАНЗИСТОРА

ЛИТЕРАТУРА

1. Старосельский В.И. Физика МДП транзисторов. М.: МИЭТ, 1993.

2. Старосельский В.И. Физика р-п переходов и полупроводниковых диодов. М.: МИЭТ, 1993.

3. Баринов В.В., Онацко В., Шишина Л.Ю. Основы топологического проектирования ИМС. — под ред. В.Онацко. М.: МИЭТ, 1994.

ЗАДАНИЕ

1. При заданных исходных данных обеспечить пороговое напряжение +1 В.

2. Рассчитать и построить выходные характеристики при = 0 в диапазоне напряжений: 0 — 5 В;

= 0 — 5 В (шаг 1 В) — в приближении идеализированной модели,

= 4 В — реальная ВАХ.

3. Привести малосигнальную эквивалентную схему, объяснить смысл элементов.

Факультативно:

4. Расчет и корректировку проводить с учетом эффектов короткого и узкого канала.

5. В дополнение к п.2 построить реальную выходную ВАХ для = 4 В, = -2 В.

6. Рассчитать коэффициент усиления по напряжению в точке = 4 В, = 4 В.

7. Рассчитать параметры эквивалентной схемы в режиме = 4 В, = 0.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Материал затвора Si^*.

2. Длина канала, мкм L = 5.

3. Ширина канала, мкм W = 5 .

4. Толщина подзатворного диэлектрика (SiO₂), мкм d = 0,1 мкм.

5. Концентрация примеси в подложке, см^-3 = 10¹⁵.

6. Подвижность электронов в канале, см²/В.с μ_n = 700.

7. Плотность поверхностных состояний, см^-2 =10¹¹ (Q_ss > 0).

8. Концентрация примеси в контактных п⁺- слоях, см^-3 = 10²⁰.

9. Толщина контактных п⁺-слоев, мкм 1

Дать рисунки:

Рис.1 - структура МДП транзистора

Рис.2 - топология МДП транзистора

2. Расчет и корректировка порогового напряжения

При :

, (1)

где . (2)

. .

Выберем в качестве материала затвора n⁺ - Si^*. Тогда , и

= 1,12/2 — 0,3 = — 0,86 В. (3)

; (4)

мкм. (5)

Кл/см² .

= 1,6⋅10^-19×10¹¹ = 1,6⋅10^-8 Кл/см² .

; Ф/см; Ф/см²

- 0,86 + 2.0,3 — B.

Для обеспечения заданной величины порогового напряжения +1 В необходимо увеличить его на +1 - (-0,31) = +1,31 В. Если затвор сделать из р⁺-Si, получим +1,12 В. Остается 0,2 В. Подлегируем поверхность мелкими акцепторами на глубину мкм << = 1 мкм.

. (6)

Необходимая доза подлегирования составляет

см^-2, (7)

а средняя концентрация акцепторов в подзатворном слое

см^-3.

3. ВАХ

3.1. Расчет ВАХ в рамках идеализированной модели

В этом приближении действие подложки не учитывается, а толщина ОПЗ под затвором считается постоянной и равной . ВАХ:

(8)

где ;

А/В² = 21 мкА/В². (9)

Для заданного режима ( 4 В):

4 — 1 = 3 В; 21(4 — 1)² / 2 = 95 мкА.

Рис. 3. ВАХ МДП транзистора: а - идеализированная модель; б - с учетом неоднородности ОПЗ. Штриховая линия — граница крутой области.

3.2. Расчет ВАХ с учетом неоднородности ОПЗ под затвором

Пояснить, почему неоднородность ОПЗ изменяет вид ВАХ.

3.2.а. Крутая область ВАХ

Для крутой области ВАХ [1] при :

, (10)

где = 2×1,1.10^-12 ×1,6.10^-19 ×10¹⁵ / (3.10^-8)² = 0,4 В. (11)

Расчет проведем для , В — кривая б на рис. 3.

Напряжение насыщения определяется соотношением [1]:

, (12)

где при :

= 1,72 . (13)

Для , В:

= 4 — 1 — 0,4×1,72×[] = 2,4 В.

== 73,5 мкА.

3.2.б. Пологая область ВАХ

Объяснить причину наклона ВАХ (модуляция длины канала).

Приближенно для заданного можно считать, что ВАХ имеет вид прямой, проходящей через точку . Вычислим при В.

. Эффективная длина канала [1]:

, (14)

где E_S = 15 кВ/см — поле насыщения скорости электронов,

— (15)

толщина ОПЗ под стоком на границе с пологой областью,

=1,12 / 2 + 0,3 = 0,86 В — (16)

контактная разность потенциалов сток-подложка.

Из (13) и (12):

мкм.

= 4 мкм.

Ток стока при В:

мкА.

Для В нарисовать на рис. 3 прямую б), проходящую через точку 2,4 В, 73,5 мкА и точку В, 92 мкА.

ЭКТ-44