Расчет электрических параметров МДП-транзистора. Вариант №17 / KURS.DOC

Московский Институт Электронной Техники (ТУ)

Кафедра ИЭМС

Курсовая работа по физике полупроводниковых приборов.

«Расчет электрических параметров МДП-транзистора»

Выполнил студент гр. МП-27

Окроян Никогос

Проверил Жигальский Г.П.

Зеленоград. 2001

Оглавление

Задание на курсовую работу

Задание на курсовую работу

Расчитать выходную ВАХ с учетом эффекта модуляции длины канала и следующие характеристики:

Рассчетные данные

Вариант №17

Дано:

p-канальный МОП-транзистор с Si^* затвором

h_ox = 50 нм = 5x10^-6 см

L = 3 мкм = 3x10^-4 см

W = 60 мкм = 6x10^-3 см

x_j = 0,5 мкм = 5x10^-5 см

N_si* = 5x10¹⁹ см^-3

N_a = 2x10¹⁶ см^-3

N_ox = 10¹¹ см^-2

________________________

ε₀ = 8,86x10^-14 Ф/см

ε_SiO2 = 3,5 отн.ед.

ε_Si = 12 отн.ед.

n_i = 1,6x10¹⁰ см^-3

ϕ_T = 0,025 В

μ=300

Рассчетная часть

Электрические параметры

1. Проверка на короткоканальность

L_min=0,4[x_jh_ox(W_s+W_d)²]^1/4

ϕ_k=ϕ_Tln(N_aN_Si*/n_i²)=0,94 В

W_s=(2ε₀ε_Si*ϕ_k/(eN_a))^1/2=

=(2*8,86x10^-14*12*0,94/(1,6x10^-19*2x10¹⁶))^1/2≈

≈25,8x10^-5 См

W_d=(2ε₀ε_Si*(ϕ_k+U_ст+U_п)/(eN_a))^1/2≈W_s =>

=> L_min=0,4[5x10^-5*5x10^-6(2*25,8x10^-5)²]^1/4=

=0,4[10^-19*665,64]^1/4=3,61x10^-5 См

L=3 мкм >> L_min=0,36 мкм - транзистор длинноканальный

2. Пороговое напряжение

U₀=ϕ_ms-Q_ox/C_ox-2ϕ_F-|Q_B|/C_ox

ϕ_F=ϕ_T*Ln(N_a/n_i)=0,025*Ln(2x10¹⁶/1,6x10¹⁰)=0,36 В

ϕ_ms=ϕ_k=ϕ_T*Ln(N_aN_Si*/n_i²)=0,025*Ln(10³⁶/2,56x10²⁰)=0,9 В

Q_ox=eN_ox=1,6x10^-8 Кл/см²

C_ox=ε₀ε_SiO2/h_ox=3,5*8,86x10^-14/5*10^-6=6,2x10^-8 Ф

Q_B=2(ε₀ε_SiO2eN_a|ϕ_F|)^1/2=

=2(3,5*8,86x10^-14*1,6x10^-19*2x10¹⁶*0,36)^1/2= =3,78x10^-8 Кл/см²

U₀=0,9-1,6/6,2-2*0,36-3,78/6,2=0,9-0,23-0,72-0,61=

=-0,66 В

3. Малосигнальные параметры:

k=μC_oxW/L=300*6,2x10^-8*20=3,72x10^-4

Все параметры расчитываются при U_зconst=3В

U_сconst=2В

3.1. крутизна

S=δI_с/δU_зпри U_с=const=(I_c2-I_c1)/(U_з2-U_з1)=

=2,21x10^-3/3=7,4x10^-4 Ом^-1

3.2. динамическое сопротивление сток-исток

R_d=δU_с/δI_спри U_з=const=(U_с2-U_c1)/(I_c2-I_c1)=

=3/(1,27x10^-3)=2,36 кОм

3.3. коэффициент усиления по напряжению

k_u=S*R_d =2,36*0,74=1,75

3.4. сопротивление канала в начале координат

R_k=1/S=1,3 кОм

3.5. граничная частота усиления

f_max=μ(U_з-U₀)/(2πL²)=300*3,66/(6,28*9x10^-8)=1,9x10⁹ Гц

4. Эффект влияния напряжения смещения на U₀

U₀=Δq_ос/C_ox={(2ε₀ε_SiqN_а)^1/2[(ϕ_s+U_п)^1/2-ϕ_s^1/2]}/C_ox

ϕ_s=2ϕ_F=0,72 В

U₀={(2*8,86x10^-14*12*1,6x10^-19*2x10¹⁶)^1/2[(0,72+U_п)^1/2-

-0,85]}/(6,2X10^-8)={8,2x10^-8[(0,72+U_п)^1/2-0,85]}/ /6,2x10^-8=1,3*[(0,72+U_п)^1/2-0,85]

Упрощенная эквивалентная схема выглядит следующим образом:

С_зп=ε₀ε_SiWL/h_ox=36,28x10^-14 Ф

С_зc=ε₀ε_SiO2S/h_ox; S=0,1x10^-4*W=6x10^-8 См²

С_зc=8,86x10^-14*3,5*6x10^-8/(5x10^-6)=3,72x10^-15 Ф

С_сп=ε₀ε_SiS^*/W_s

S^*=W(2hox+2x10^-4)=6x10^-3(10^-5+2x10^-4)=12,6x10^-7 См²

С_сп=8,86x10^-14*12*12,6x10^-7/(25,8x10^-5)=5,2x10^-15 Ф

U_Bс-п=60*(10¹⁶/N_п)^3/4=60*(10¹⁶/2x10¹⁶)^3/4=35,3 В

U_Bс-п=E_крh_ox=6x10⁶*5x10^-6=30 В

Вольт-амперные характеристики

Расчеты

Вольт-амперные характеристики МОП-транзистора в крутой области описываются уравнением

I_с(U_с)=Wμ_SiC_ox[(U_з-U₀)U_с-U_с²/2]/L, где U_з-параметр

I_с(U_с)=20*300*6,2x10^-8[(U_з-U₀)U_с-U_с²/2]=

=3,7x10^-4[(U_з-U₀)U_с-U_с²/2]

Построим ВАХ при следующих U_з:

U_з=1В

при U_c>2В начинается пологая область.

U_з=2В

при U_c>3В начинается пологая область.

U_з=3В

при U_c>4В начинается пологая область.

U_з=4В

при U_c>5В начинается пологая область.

Результаты

Выводы

Список использованной литературы

МИЭТ 1989г.

МИЭТ 1992г.

7