Архангельский М.В._2154_лаб

Министерство цифрового развития, Связи и Массовых Коммуникаций Российской Федерации Ордена Трудового Красного Знамени федеральноегосударственноебюджетное образовательное

учреждениевысшегообразования «Московский Технический Университет Связи и Информатики»

(МТУСИ)

Кафедра«Электроники»

Лабораторная работа №3:

«Исследование МДП-структуры» попредмету:

«Электроника»

Выполнил: студент гр. БСТ2154 Архангельский М.В.

Принял: к.т.н Каравашкина В.Н.

Москва 2023

Цельработы:

Изучение особенностей структуры металл – диэлектрик – полупроводник (МДП) и возможностей её применения в электронике.

Задание:

1.Ознакомиться с типами и физическими свойствами МДП–структур.

2.Ознакомиться с основными параметрами МДП–структур и возможностями их изменения при изготовлении.

3.Пользуясь программой лабораторной работы, определить для заданного варианта исходных данных параметры МДП–структуры и МДП– транзистора на её основе.

4.Предложить способы улучшения параметров, доказать возможность этого повторением расчётов при самостоятельно изменённых исходных данных.

Краткие теоретические сведения:

МДП–структура представляет собой контакт, образованный тремя слоями: металла, диэлектрика и полупроводника. Наиболее распространена структура с кремнием (Si) p- или n- типа в качестве полупроводника и с двуокисью кремния (SiO2) в качестве диэлектрика. Структура с кремнием р-типа более распространена, поскольку в канале n- типа ток определяется дрейфом свободных электронов, обладающих более высокой подвижностью (рис. 1).

Оба эти материала отличаются высокими электрофизическими характеристиками, механической и химической прочностью, хорошей совместимостью с технологией изготовления интегральных схем. При добавлении двух электродов – истока и стока, МДП–структура превращается в наиболее распространённый на сегодняшний день тип транзистора – МДП– транзистор (рис. 1, б). В дальнейшем будут рассматриваться МДП–структура и транзистор на основе р-кремния.

Основное свойство МДП–структуры заключается в возможности управления свойствами полупроводника электрическим полем металлического слоя - затвора (полевой эффект). Для этого диэлектрический слой должен иметь достаточно малую толщину d. Утолщение диэлектрика приводит к ослаблению электрического поля в подзатворной области. Сегодня уже существуют МДП– транзисторы с d равной нескольким межатомным расстояниям, для питания и управления которыми достаточны напряжения 1...2 В. Именно такие МДП– транзисторы образуют основу цифровых процессоров современных компьютеров.

Пороговое напряжение U0 является важнейшим параметром МДП– структуры. От его величины, в частности, зависит то минимальное напряжение источника питания МДП ИС при котором, с одной стороны, минимизируется потребляемая мощность, а с другой стороны обеспечивается надёжное отпирание транзисторных ключей. Идеализированная МДП–структура характеризуется пороговым напряжением.

Выполнение:

Вариант №1 (студенческий билет №ЗБСТ21001)

Таблица 1 — Исходные данные для расчетов Переносим параметры указанные в варианте задания в исходные данные.

Рисунок 1 — Исходные данные

Произведу расчеты с исходными параметрами из варианта и самостоятельно измененными параметрами, и занесу результаты расчетов в таблицу 2.

Таблица 2 — Результаты расчетов

Контрольный вопрос:

1. Назовите основные режимы МДП–структуры. При каких условиях они возникают?

Режим обогащения (при подаче отрицательного напряжения электрическое поле затвора втягивает в подзатворную область дополнительные дырки из более глубоких слоев полупроводника и подзатворная область обогащается основными носителями)

Режим обеднения (при подаче положительного напряжения, напротив, дырки вытесняются из подзатворной области)

Режим инверсии (при напряжении на затворе U3 > U0 концентрация свободных электронов превышает концентрацию дырок, т.е. полупроводник в подзатворной области приобретает свойства n-полупроводника)

Вывод

В ходе выполнения лабораторной работы, ознакомившись с программой LAB4 и пользуясь исходными данными, выбранными по варианту, мною было рассмотрено устройство МДП–структуры и МДП–транзистора, тем самым углубив свои теоретические знания в этой области. Был сделан вывод, что для уменьшения порогового напряжения необходимо уменьшать количество акцепторной примеси, а для увеличения удельной крутизны следует уменьшать длину канала и увеличивать его ширину. Для уменьшения емкости затвор-канала, в свою очередь, необходимо уменьшать и длину, и ширину канала МДПтранзистора.