
лаб / лаб4
.docx
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики»
Лабораторная работа №4
на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ МДП–СТРУКТУРЫ»
Вариант №5
Москва 202 г.
Цель работы: изучение особенностей структуры металл – диэлектрик – полупроводник (МДП) и возможностей её применения в электронике.
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.
Идеализированная МДП–структура характеризуется пороговым напряжением
, (1)
где C0 – удельная емкость МДП–структуры,
(2)
В выражениях (1) и (2):
– контактная
разность потенциалов металл –
полупроводник;
d – толщина диэлектрика;
q – элементарный электрический заряд;
– абсолютная
электрическая постоянная;
– относительная
диэлектрическая проницаемость
полупроводника и диэлектрика;
N – концентрация примеси в полупроводнике.
Зная удельную ёмкость, можно оценить важнейший параметр МДП– транзистора – ёмкость затвор-канал
, (3)
где W – ширина канала МДП–транзистора; L – длина канала.
Ток стока Ic определяется выражениями, в зависимости от режима,
(4)
или
В обоих случаях степень влияния UЗ на IC определяет удельная крутизна
, (5)
где
–
коэффициент подвижности носителей в
канале.
Ход работы:
Исходные данные для расчетов:
№ варианта |
Толщина диэлектрика, мкм |
Концентрация акцепторной примеси N, см-3 |
Ширина канала W, мкм |
Длина канала L, мкм |
5 |
0,04 |
0,5·1017 |
0,75 |
1 |
Результаты расчетов:
Исходные данные |
Измененный параметр |
Пороговое напряжение, B |
Удельная крутизна, А/В2 |
Удельная емкость, Ф/мкм2 |
Емкость затвор-канал, Ф |
из табл. 1 |
– |
1,7701 |
3,5593E-5 |
8,6287E-17 |
6,4715E-17 |
При самостоятельно изменённом параметре с целью уменьшения порогового напряжения |
Na = 0.5E16 см-3 |
0,9700 |
3,5593E-5 |
8,6287E-17 |
6,4715E-17 |
При самостоятельно изменённом параметре с целью увеличения удельной крутизны |
Ширина канала: 1,5 мкм Длина канала: 0,5 мкм |
1,7701 |
0,0001 |
8,6287E-17 |
6,4715E-17 |
При самостоятельно изменённом параметре с целью уменьшения ёмкости затвор-канал |
Ширина канала: 0,375 мкм Длина канала: 0,5 мкм |
1,7701 |
3,5593E-5 |
8,6287E-17 |
1,6178E-17 |
Чтобы уменьшить значение порогового напряжения, уменьшим концентрацию акцепторной примеси в 10 раз, тогда напряжения уменьшится до 0,9700 В.
Чтобы увеличить удельную крутизну при неизмененном параметре емкости ЗК МДП, уменьшим длину канала в 2 раза, а ширину канала увеличим в 2 раза, тогда крутизна увеличится до 0,0001 A/B^2.
Чтобы уменьшить емкость ЗК МДП при неизменном параметре удельной крутизны, уменьшим длину канала и ширину в 2 раза, тогда емкость ЗК уменьшится до 1,6178Е-17 Ф.
Вывод: в результате проведенной лабораторной работы по исследованию МДП-структуры транзистора были получены следующие выводы:
Структура МДП-транзистора имеет существенное влияние на его характеристики, такие как пороговое напряжение, удельная крутизна и емкость затвор-канала.
Для снижения порогового напряжения транзистора рекомендуется уменьшать количество акцепторной примеси.
Увеличение удельной крутизны МДП-транзистора достигается путем уменьшения длины канала и увеличения его ширины.
Для снижения емкости затвор-канала целесообразно уменьшать как длину, так и ширину канала МДП-транзистора.