Московский Институт Электронной Техники (ТУ)

Кафедра ИЭМС

Курсовая работа по физике полупроводниковых приборов.

«Расчет электрических параметров МДП-транзистора»

Выполнил студент гр. МП-27

Окроян Никогос

Проверил Жигальский Г.П.

Зеленоград. 2001

Оглавление

Задание на курсовую работу 3

Рассчетные данные 4

Рассчетная часть 5

Электрические параметры 5

1. Проверка на короткоканальность 5

2. Пороговое напряжение 5

3. Малосигнальные параметры: 6

3.1. крутизна 6

3.2. динамическое сопротивление сток-исток 6

3.3. коэффициент усиления по напряжению 6

3.4. сопротивление канала в начале координат 6

3.5. граничная частота усиления 6

4. Эффект влияния напряжения смещения на U0 6

5.Эквивалентная схема 7

S*=W(2hox+2x10-4)=6x10-3(10-5+2x10-4)=12,6x10-7 См2 7

6.Напряжение пробоя затвор-подложка и сток-подложка 7

Вольт-амперные характеристики 8

Расчеты 8

Результаты 9

Выводы 10

Список использованной литературы 11

Задание на курсовую работу

Расчитать выходную ВАХ с учетом эффекта модуляции длины канала и следующие характеристики:

1. пороговое напряжение;

2. малосигнальные параметры:

• крутизну,

• динамическое сопротивление сток-исток,

• коэффициент усиления по напряжению,

• сопротивление канала в начале координат,

• граничную частоту усиления;

3. учесть эффект влияния напряжения смещения подложки на пороговое напряжение;

4. нарисовать эквивалентную схему;

5. определить напряжение пробоя затвор-подложка и сток-подложка.

Рассчетные данные

Вариант №17

Дано:

p-канальный МОП-транзистор с Si^* затвором

h_ox = 50 нм = 5x10^-6 см

L = 3 мкм = 3x10^-4 см

W = 60 мкм = 6x10^-3 см

x_j = 0,5 мкм = 5x10^-5 см

N_si* = 5x10¹⁹ см^-3

N_a = 2x10¹⁶ см^-3

N_ox = 10¹¹ см^-2

________________________

₀ = 8,86x10^-14 Ф/см

_SiO2 = 3,5 отн.ед.

_Si = 12 отн.ед.

n_i = 1,6x10¹⁰ см^-3

_T = 0,025 В

=300

Рассчетная часть

Электрические параметры

1. Проверка на короткоканальность

L_min=0,4[x_jh_ox(W_s+W_d)²]^1/4

_k=_Tln(N_aN_Si*/n_i²)=0,94 В

W_s=(2₀_Si*_k/(eN_a))^1/2=

=(2*8,86x10^-14*12*0,94/(1,6x10^-19*2x10¹⁶))^1/2

25,8x10^-5 См

W_d=(2₀_Si*(_k+U_ст+U_п)/(eN_a))^1/2W_s =>

=> L_min=0,4[5x10^-5*5x10^-6(2*25,8x10^-5)²]^1/4=

=0,4[10^-19*665,64]^1/4=3,61x10^-5 См

L=3 мкм >> L_min=0,36 мкм - транзистор длинноканальный

2. Пороговое напряжение

U₀=_ms-Q_ox/C_ox-2_F-Q_B/C_ox

_F=_T*Ln(N_a/n_i)=0,025*Ln(2x10¹⁶/1,6x10¹⁰)=0,36 В

_ms=_k=_T*Ln(N_aN_Si*/n_i²)=0,025*Ln(10³⁶/2,56x10²⁰)=0,9 В

Q_ox=eN_ox=1,6x10^-8 Кл/см²

C_ox=₀_SiO2/h_ox=3,5*8,86x10^-14/5*10^-6=6,2x10^-8 Ф

Q_B=2(₀_SiO2eN_a_F)^1/2=

=2(3,5*8,86x10^-14*1,6x10^-19*2x10¹⁶*0,36)^1/2= =3,78x10^-8 Кл/см²

U₀=0,9-1,6/6,2-2*0,36–3,78/6,2=0,9-0,23-0,72-0,61=

=-0,66 В

3. Малосигнальные параметры:

k=C_oxW/L=300*6,2x10^-8*20=3,72x10^-4

Все параметры расчитываются при U_зconst=3В

U_сconst=2В

3.1. крутизна

S=I_с/U_зпри U_с=const=(I_c2-I_c1)/(U_з2-U_з1)=

=2,21x10^-3/3=7,4x10^-4 Ом^-1

3.2. динамическое сопротивление сток-исток

R_d=U_с/I_спри U_з=const=(U_с2-U_c1)/(I_c2-I_c1)=

=3/(1,27x10^-3)=2,36 кОм

3.3. коэффициент усиления по напряжению

k_u=S*R_d =2,36*0,74=1,75

3.4. сопротивление канала в начале координат

R_k=1/S=1,3 кОм

3.5. граничная частота усиления

f_max=(U_з-U₀)/(2L²)=300*3,66/(6,28*9x10^-8)=1,9x10⁹ Гц

4. Эффект влияния напряжения смещения на U₀

U₀=q_ос/C_ox={(2₀_SiqN_а)^1/2[(_s+U_п)^1/2-_s^1/2]}/C_ox

_s=2_F=0,72 В

U₀={(2*8,86x10^-14*12*1,6x10^-19*2x10¹⁶)^1/2[(0,72+U_п)^1/2-

-0,85]}/(6,2X10^-8)={8,2x10^-8[(0,72+U_п)^1/2-0,85]}/ /6,2x10^-8=1,3*[(0,72+U_п)^1/2-0,85]

Uп,В	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1
U0,В	0,07	0,14	0,27	0,39	0,5	0,6

5. Эквивалентная схема

Упрощенная эквивалентная схема выглядит следующим образом:

С_зп=₀_SiWL/h_ox=36,28x10^-14 Ф

С_зc=₀_SiO2S/h_ox; S=0,1x10^-4*W=6x10^-8 См²

С_зc=8,86x10^-14*3,5*6x10^-8/(5x10^-6)=3,72x10^-15 Ф

С_сп=₀_SiS^*/W_s

S^*=W(2hox+2x10^-4)=6x10^-3(10^-5+2x10^-4)=12,6x10^-7 См²

С_сп=8,86x10^-14*12*12,6x10^-7/(25,8x10^-5)=5,2x10^-15 Ф

5. Напряжение пробоя затвор-подложка и сток-подложка

U_Bс-п=60*(10¹⁶/N_п)^3/4=60*(10¹⁶/2x10¹⁶)^3/4=35,3 В

U_Bс-п=E_крh_ox=6x10⁶*5x10^-6=30 В

Вольт-амперные характеристики

Расчеты

Вольт-амперные характеристики МОП-транзистора в крутой области описываются уравнением

I_с(U_с)=W_SiC_ox[(U_з-U₀)U_с-U_с²/2]/L, где U_з-параметр

I_с(U_с)=20*300*6,2x10^-8[(U_з-U₀)U_с-U_с²/2]=

=3,7x10^-4[(U_з-U₀)U_с-U_с²/2]

Построим ВАХ при следующих U_з:

U_з=1В

Uc,В	1	2
Iсx10-3,А	0,43	0,49

при U_c>2В начинается пологая область.

U_з=2В

Uc,В	1	2	3
Iсx10-3,А	0,8	1,23	1,29

при U_c>3В начинается пологая область.

U_з=3В

Uc,В	1	2	3	4
Iсx10-3,А	1,2	1,98	2,4	2,47

при U_c>4В начинается пологая область.

U_з=4В

Uc,В	1	2	3	4	5
Iсx10-3,А	1,55	2,7	3,5	3,96	4

при U_c>5В начинается пологая область.

Результаты

Обозначения	Значения	Величины
U0	-0,66	В
S	7,4x10-4	Ом-1
Rd	2,36	кОм
ku	1,75	отн. ед.
Rk	1,3	кОм
fmax	1,9x109	Гц
UBс-п	35,3	В
UBс-п	30	В

Выводы

• принцип действия МОП-транзистора основан на модуляции электрического сопротивления канала напряжением затвор-исток;

• пороговое напряжение зависит от типа канала транзистора;

• выходные характеристики МОП-транзистора делятся на крутую и пологую области. В пологой области ток стока слабо зависит от напряжения сток-исток и при некоторых допущениях может считаться постоянным;

Список использованной литературы

1. Курс лекций по физике полупроводниковых приборов

2. Родионов Ю.П. «Полевые приборы. Методические указания по решению задач по физике п/п приборов»,

МИЭТ 1989г.

3. Старосельский В.И. «Физика МДП-транзисторов»,

МИЭТ 1992г.

12