МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники».
Курсовой проект по дисциплине «Твердотельная электроника»
Кафедры ИЭМС
Часть 1.
На тему:
Расчет параметров кремниевого интегрального N-канального МДП-транзистора
Выполнил: студент гр. ЭКТ-45
Нартов Андрей Сергеевич
Проверил:
Москва 2017
Содержание
Введение……………………………………………………………………….. 3-6
Техническое задание…………………………………………………………
Структура и топология МДП-транзистора…………………………………... 7
ГЛАВА 1. Расчет параметров МДП транзисторА………………. 8
Раздел 1.1. Расчет и корректировка порогового напряжения……………... 8-9
Раздел 1.2. Расчет вах в рамках идеализированной модели……………. 10-13 Раздел 1.2.1. Расчет вах с учетом неоднородности опз под затвором.. ……………………………………………………………… 14-17
Раздел 1.3. Факультативное задание: расчет и корректировка порогового напряжения с учетом эффектов короткого и узкого канала……………... 18-19
Раздел 1.4. Факультативное задание: расчёт реальной ВАХ,
зависящей от
……………………………………………………………20-23
Раздел 1.5. Факультативное задание: расчёт параметров эквивалентной
схемы………………………………………………………………………... 24
Результаты…………………………………………………………………….
Введение
Транзистор - электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три вывода, предназначенный для генерирования и преобразования электрических колебаний.
Рис.1 Топология и основные элементы МДП-транзистора.
Термин «МДП-транзистор» используется для обозначения полевых транзисторов, в которых управляющий электрод - затвор отделен от активной области полевого транзистора диэлектрической прослойкой – изолятором. Основным элементом для этих транзисторов является структура металл–диэлектрик–полупроводник. По этой причине в названии транзистора используется аббревиатура МДП. Монокристаллический полупроводник n- или p-типа, на котором изготавливается МДП-транзистор, получил название подложки. Две сильнолегированные области противоположного с подложкой типа проводимости получили названия исток и сток. Область полупроводниковой подложки, находящаяся под затвором между истоком и стоком, называется каналом.
Диэлектрический слой, расположенный между затвором и каналом, получил название подзатворного диэлектрика. В качестве полупроводниковой подложки в большинстве МДП-транзисторов используется GaAs и подзатворный диэлектрик. По этой причине как синоним для МДП-транзисторов применяется термин «МОП-транзистор». Канал в МДП-транзисторах может быть как индуцированным, так и встроенным.
ВАХ МДП-транзистора с индуцированным каналом
Рис.2 ВАХ МДП транзистора с индуцированным каналом:
а) выходные характеристики;
б) входная характеристика
ВАХ МДП-транзистора со встроенным каналом
Рис.3 ВАХ n-канального МДП транзистора со встроенным каналом:
а) выходные характеристики;
б) входная характеристика
Достоинства МДП транзисторов:
– высокое входное сопротивление;
– малые размеры и высокая технологичность;
– возможность использования МДП – транзисторов в качестве нагрузки, что обеспечивает однофазность ИС.
– высокая помехоустойчивость (2÷6 В, по сравнению с 0,6 В для биполярных);
– малая мощность рассеяния;
– один источник питания, обеспечивающий простоту схемы;
– способность пропускать ток в обоих направлениях;
– устойчивость к нейтронному радиационному воздействию.
Недостатки:
– большое пороговое напряжение и высокое напряжение питания;
– невысокое быстродействие.
Схемы транзисторов p-типа дешевые и технологичнее, а схемы n-типа – более быстродействующие (в 8-10 раз) и не уступают ТТЛ (они обеспечивают меньшую мощность рассеяния и более высокую плотность компоновки по сравнению с ТТЛ).
Технологичность и невысокая стоимость схем на МДП – транзисторах делают их особенно перспективными в случае изготовления устройств в виде БИС.
Использование взаимодополняющих (комплементарных) МДП – транзисторов в схемотехнике ИС открывает новые возможности повышения их эффективности.
Если объединить затворы и стоки двух транзисторов p- и n-типа, то получится инверторный каскад, рассеивающий в любом статическом состоянии нулевую мощность.
Это объясняется тем, что постоянный ток через него проходить не может (исключение токи утечки через закрытый транзистор).
Основными параметрами МДП-транзистора являются:
длина канала L - расстояние по поверхности полупроводника между металлургическими p-n-переходами исток-подложка и сток-подложка. Минимально возможная величина L определяется уровнем технологии изготовления и влияет на быстродействие и усилительные свойства транзистора;
ширина канала W вдоль поверхности полупроводника в направлении, перпендикулярном потоку носителей заряда от истока к стоку. Величина W определяет максимальный ток транзистора;
толщина подзатворного диэлектрика d. Эта величина влияет на пороговое и пробивное напряжения транзистора;
глубина залегания p-n-переходов xj сток-подложка и исток-подложка;
5) материал затвора (металл, поликремний или силицид).