Методические указания по выполнению самостоятельной работы студентов при изучении курса

“Твердотельная электроника”

Москва 2007

Содержание

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 3

Теоретический материал 4

Пороговое напряжение 6

Влияние длины канала 12

Влияние ширины канала 13

Смыкание ОПЗ стока и истока 14

Контрольные вопросы 15

Литература 15

Пример выполнения работы 16

Задание 17

Исходные данные 18

Порядок выполнения работы 48

Варианты заданий для самостоятельной работы 49

Форма представления отчета. 52

Общие положения

1. Цель настоящего практического занятия – верификация параметров модели МДП транзистора и исследование влияния короткоканальных эффектов на основные параметры МДП транзистора.

Предполагается, что выполняющий самостоятельную работу имеет доступ к установленным пакетам программ системы автоматизированного проектирования Cadence. Также предполагается, что выполняющий самостоятельную работу имеет базовые навыки работы с инструментами САПР Cadence. Следует также заметить, что работа с Cadence производится в операционных системах семейства UNIX.

2. Для выполнения задания следует предварительно изучить теоретический материал по теме занятия и воспользоваться этим материалом для выполнения поставленных задач.

3. В ходе выполнения работы необходимо:

• По заданным параметрам структуры и измеренным “экспериментально” ВАХ верифицировать параметры модели МДПТ.

• Получить ВАХ МДПТ и сравнить с “экспериментальными”.

• В заданной рабочей точке ( ) определить крутизну ВАХ , крутизну по подложке , выходную проводимость и собственный коэффициент усиления по напряжению .

• Исследовать влияние короткоканальных эффектов на основные параметры транзистора

4. В конце работы необходимо оформить отчет в соответствии с имеющимися требованиями.

Теоретический материал

1. Структура и основные параметры мдп транзистора

Рис.1.1. Простейшая структура МДП транзистора

n⁺

Затвор (G)

Исток (S)

Сток (D)

ОПЗ

Простейшая структура п- канального МДП транзистора представлена на рис. 1.1.

p

Подложка (В)

На рис. 1.2 показан общий вид выходных (а) и проходных (б) ВАХ.

Есди пренебречь влиянием на ВАХ потенциала подложки, ток стока является функцией двух напряжений — V_GS (затвор – исток) и V_DS (затвор – сток). При этом приращение тока стока определяется соотношением

,

где

— крутизна ВАХ,

— выходная проводимость. Параметр

называется собственным коэффициентом усиления по напряжению. Это есть максимальный коэффициент усиления, который может обеспечить транзистор при работе в составе электрической схемы.

Параметры g и К достигают максимальных значений в пологой области ВАХ ( , см. рис. 1.2), где .

Однм из важнейших параметров транзистора является предельная частота:

,

где — емкость затвор-исток в пологой области ВАХ. Физический смысл предельной частоты — это частота, на которой коэффициент усиления оптимально организованного усилителя напряжения, построенного на транзисторе и нагруженного на идентичный усилительный каскад, равен по абсрлютной величине 1.

Параметр

есть собственная постоянная времени транзистора.

2. Влияние параметров транзисторов на характеристики имс

1). Коэффициент усиления k.

В логических вентилях, построенных на МДП транзисторах, обязательным требованием является условие

K > 1.

Практически право на существование имеют только транзисторы, имеющие

K _S > 5...10.

В аналоговых ИМС коэффициент усиления имеет еще большее значение. Так, например, коэффициент передачи истокового повторителя напряжения с нагрузкой в виде идеального источника тока составляет

K_S /(1+ K_S ).

Для получения коэффициента передачи > 0,95 (следящий усилитель) значение K_S должно быть не менее 20.

Повышенные требования к коэффициенту усиления K_S предъявляются в пецизионных схемах измерительной техники (АЦП, операционные усилители, следящие усилители и др.).