
- •Московский государственный институт электроники и математики
- •Расчет топологии n-p-n транзистора
- •1.2. Диоды
- •1.3. Резисторы Тонкопленочные резисторы
- •Диффузионные резисторы
- •1.4. Мдп транзисторы
- •Разновидности мдп – транзисторов
- •Зависимость порогового напряжения от электрофизических характеристик
- •Динамические параметры
- •1.5. Приборы и ис на арсениде галлия
- •2. Логические схемы
- •2.1. Общие сведения
- •Классификация логических схем
- •Основные параметры и характеристики логических элементов
- •I – зона логического нуля по выходу,
- •II – зона логической единицы по выходу,
- •III – зона неопределенности.
- •I – зона логического нуля по выходу,
- •II – зона логической единицы по выходу,
- •III – зона неопределенности.
- •2.2. Транзисторно – транзисторные логические схемы (ттл).
- •2.3. Элементы эмиттерно – связанной логики (эсл).
- •2.4. Кмоп
- •Инвертор
- •2.4. Логические схемы на арсениде галлия.
- •3. Расчет схем в программе pSpice
- •3.1. Краткие сведения
- •Создание входного файла для программы pspice
- •Описание элементов схемы
- •Описания источников напряжения
- •Описание источников тока
- •Описание диода
- •Описание биполярного транзистора
- •Описание мдп транзистора
- •Арсенид-галлиевый полевой транзистор с каналом n-типа
- •Директивы управления заданием
- •3.2. Примеры расчетов Простейшие схемы
- •Расчет ттл схемы со сложным инвертором
- •3.3. Графический процессор probe
- •Литература
Динамические параметры
Удельные емкости перекрытия:
,
[Ф/м];
Названия:
cgso – удельная емкость перекрытия затвор – исток,
cgdo – удельная емкость перекрытия затвор – сток,
cgbo – удельная емкость перекрытия затвор – подложка за счет выхода затвора за пределы канала,
единица измерения этих емкостей – Ф/м.
Емкости p-n-переходов при нулевом смещении рассчитываются по известным формулам, аналогично емкостям биполярных транзисторов и резисторов.
Названия:
cbs – емкость исток – подложка, cbd – емкость сток – подложка, Ф.
Другие параметры
tox – толщина окисла, м, (10-7),
level – уровень модели (1 – самая простая модель),
L, W – длина и ширина канала, м,
UO – подвижность носителей тока в канале, см2/(Вс), значение по умолчанию (UO=600) соответствует поверхностной подвижности электронов.
1.5. Приборы и ис на арсениде галлия
Особенности
Преимущества:
1. Высокая подвижность электронов µn=8000 - 11000 см2/(Вс), следовательно высокое быстродействие.
2. Большая ширина запрещенной зоны (1.4 эВ), следовательно, возможно создание схем устойчивых к высокой температуре и радиации.
3. Благодаря большая ширине запрещенной зоны, исходные пластины имеют высокое удельное сопротивление, следовательно, они являются полуизоляторами. Это облегчает изоляцию элементов ИС друг от друга.
Недостатки:
1. Технологические трудности, так как это химическое соединение.
2. Легирование только ионной имплантацией, диффузия неприменима.
3. У GaAs нет стабильного естественного окисла, трудности с изоляцией.
4. Поверхность очень восприимчива к различным химическим веществам.
5. Хрупкий материал.
Приборы GaAs
1. |
СВЧ диоды Шоттки |
|
2. |
Полевые транзисторы с затвором Шотки |
|
3. |
Полевые транзисторы с p-n переходом |
|
Рис. 21. Типы приборов на арсениде галлия.
КОНТАКТ ШОТТКИ: МЕТАЛЛ – n – ПОЛУПРОВОДНИК.
Рис. 22. Контакт Шоттки: зонные диаграммы.
Анод – металл, катод – n – полупроводник.
СТРУКТУРА ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА.
Рис. 23. Структура полевого транзистора на GaAs с затвором Шотки.
Зависимость тока стока IС от напряжений сток – исток UС и затвор – исток UЗ для малых напряжений UС.
-
внутренняя проводимость.
-
встроенный потенциал контакта Шоттки,
EC – дно зоны проводимости, EF – уровень Ферми.
С ростом UС обедненный слой со стороны стока расширяется и наступает отсечка канала, как в МДП транзисторах.
-
напряжение отсечки
Рис. 24. Выходные характеристики полевого транзистора на GaAs с затвором Шотки.
,
обычно
выполняется условие
,
тогда:
Основные параметры:
Взаимной проводимостью называется:
;
в линейном режиме взаимная проводимость равна:
в режиме насыщения
VОТС определяется экспериментально из характеристики IС НАС
Время пролета:
У барьера Шоттки есть только барьерная емкость [3]:
.
Если UОТС<0, при UЗ=0 через структуру течет ток IС - это нормально открытый транзистор (D – типа, работающий в режиме обеднения).
Если UОТС >0, при UЗ =0, IC=0 (т.е. ток через не течет): это нормально закрытый транзистор (E – типа, работающий в режиме обогащения).
У нормально открытого транзистора IC большой, следовательно большое быстродействие и мощность.
У нормально закрытого транзистора IC малый, следовательно низкая мощность и быстродействие.
Физические параметры арсенида галлия.
Относительная диэлектрическая проницаемость GaAs=11 (0=8.8510-14 Ф/см).
Ширина запрещенной зоны З=1.40 эВ (В).
Подвижность электронов µn=8000…11000 см2/(Вс)
Собственная концентрация ni=1.5106 см-3.
Барьер Шоттки (n-GaAs) B=0.8 эВ (В).
Постоянная Ричардсона (n-GaAs):
низкая напряженность электрического поля A*=8.2 А/(см2К2),
высокая напряженность электрического поля A*=144 А/(см2К2).
Модели ПТШ, используемые в PSPICE.
В этих моделях зависимости тока стока от напряжений отличаются от рассмотренных выше:
Модель первого уровня (Level 1):
Модель второго уровня (Level 2):
Рис. 25. PSPICE – модель полевого транзистора на GaAs с затвором Шотки.
Описание ПТШ в PSPICE:
bxxx <drain node> <gate node> <source node> <model name>
.model <model name> gasfet(…)
Параметры GaAs ПТШ SPICE:
Level=1,2
VTO= напряжение отсечки, -2,5 В
BETA
– крутизна,
Lambda – коэффициент наклона в пологой части, 1/В
Tau – время пролета, сек
Alpha – параметр напряжения насыщения, 1/В
RG, RD, RS – сопротивления, Ом
CGD, CGS, CDS – емкости затвор – сток, затвор – исток, сток – исток, Ф.
Параметры рассчитываются по следующим формулам:
.
- на сток и исток приходится по половине емкости диода Шотки, S – площадь металлического затвора.
- это – емкость плоского конденсатора, обкладками которого являются высоколегированные области стока и истока, а диэлектриком – низколегированная область канала.
-
время пролета.