2. Результат выполненной работы

Необходимо вести исходные данные согласно заданному преподавателем номеру варианта. В нашем случае данные соответствуют варианту 4.

Параметры № варианта	Толщина диэлектрика, мкм	Концентрация акцепторной примеси N, см-3	Ширина канала W, мкм	Длина канала L, мкм
3	0,03	1016	0,4	1,25

Таблица 1 – исходные данные

Рисунок 1 — Исходные данные

Уменьшение порогового значения напряжения

Необходимо самостоятельно изменить исходные данные так, чтобы было достигнуто уменьшение порогового значения напряжения.

Рисунок 2 – Самостоятельно изменили исходные данные так, чтобы было

достигнуто уменьшение порогового значения напряжения.

По формуле, для уменьшения порогового напряжения необходимо уменьшить концентрацию акцепторной примеси N.

. (1)

Пороговое напряжение уменьшено путём уменьшения концентрации акцепторной примеси N.

Снижение концентрации акцепторной примеси уменьшает объёмный положительный заряд в приповерхностной области р- кремния, что, в свою очередь, уменьшает необходимое напряжение на затворе для формирования инверсионного слоя — тем самым, устройство переходит в рабочий режим при меньших затворных напряжениях.

Увеличение удельной крутизны

Самостоятельно изменить исходные данные так, чтобы было достигнуто увеличение удельной крутизны.

Рисунок 3 – Самостоятельно изменили исходные данные так, чтобы было

достигнуто увеличение удельной крутизны.

По формуле, для увеличения удельной крутизны необходимо уменьшить толщину диэлектрика d.

. (2)

Удельная крутизна увеличена путём уменьшения толщины диэлектрика d.

Уменьшение толщины диэлектрика приводит к увеличению удельной крутизны: тонкий изолирующий слой позволяет электрическому полю затвора сильнее воздействовать на поверхность полупроводника, что увеличивает изменение плотности носителей в канале при малых изменениях напряжения на затворе. В результате, устройство гораздо быстрее и эффективнее реагирует на управляющее напряжение затвора, и даже небольшое его изменение вызывает значительный рост тока через канал — то есть увеличивается крутизна характеристики транзистора.

Уменьшение ёмкости затвор-канал МДП - транзистора

Самостоятельно изменить исходные данные так, чтобы было достигнуто уменьшение ёмкости затвор-канал МДП - транзистора.

Рисунок 4 – Расчёты при изменённой ширине канала W с целью уменьшения ёмкости затвор-канала МДП - транзистора

По формуле, для уменьшения ёмкости затвор-канала МДП - транзистора необходимо уменьшить ширину канала МДП - транзистора.

. (3)

Ёмкость затвор-канала МДП – транзистора уменьшена путём уменьшения ширины канала МДП - транзистора.

Уменьшение ширины канала приводит к снижению ёмкости затвор-канал: меньшая ширина канала означает меньшую площадь перекрытия между затвором и каналом, и, следовательно, уменьшается количество электрических зарядов, способных накопиться при приложении напряжения на затвор. В физическом плане это означает, что для заряда и перераспределения носителей на границе полупроводник-диэлектрик требуется меньше энергии, что позволяет уменьшить паразитные ёмкости структуры и повысить скорость переключения транзистора. В результате, устройство быстрее реагирует на управляющие сигналы, а снижение ёмкости способствует снижению энергопотребления и увеличению рабочей частоты схемы.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТОВ

Таблица 2 – Результаты расчетов

Исходные данные	Измененный параметр	Пороговое напряжение, B	Удельная крутизна, А/В2	Удельная емкость, Ф/мкм2	Емкость затвор-канал, Ф
из табл. 1	–	0,9924	2,0248E-5	1,1505E-16	5,7525E-17
При самостоятельно изменённом параметре с целью уменьшения порогового напряжения	Концентрация акцепторной примеси N, см-3 С 1e16 до 1e15	0,7241	2,0248E-5	1,1505E-16	5,7525E-17
При самостоятельно изменённом параметре с целью увеличения удельной крутизны	Толщина диэлектрика, мкм C 30e-3 до 36e-3	0,9924	2,3364E-5	1,3275 E-16	6,6375E-17
При самостоятельно изменённом параметре с целью уменьшения ёмкости затвор-канал	Ширина канала W, мкм С 0,4 до 0,2	0,9924	1,0124E-5	1,1505E-16	2,8762E-17

Вывод

В ходе выполнения лабораторной работы была изучена работа МДП–структуры (металл–диэлектрик–полупроводник) и проанализированы её основные электрические характеристики. Были рассмотрены принципы управления током в полупроводниковом канале с помощью электрического поля затвора, а также исследовано влияние технологических параметров на пороговое напряжение, удельную крутизну и ёмкость затвор–канал.

В результате расчётов установлено, что уменьшение концентрации акцепторной примеси приводит к снижению порогового напряжения, уменьшение толщины диэлектрического слоя — к увеличению удельной крутизны, а уменьшение ширины канала — к снижению ёмкости затвор–канал. Эти зависимости подтверждают теоретические закономерности и демонстрируют возможность управления параметрами транзистора за счёт изменения геометрических и физических свойств структуры.

Таким образом, в ходе работы экспериментально подтверждено влияние конструктивных параметров МДП–структуры на её электрические характеристики. Были закреплены знания о принципах действия МДП–транзистора, механизмах полевого эффекта и методиках расчёта его основных параметров. Результаты исследования показывают, что уменьшение размеров элементов структуры позволяет повысить быстродействие и снизить энергопотребление современных полупроводниковых приборов.