Курсовая работа

по “Физике полупроводниковых приборов”

Тема: Расчёт параметров МДП-транзистора

Выполнил:

Студент гр. МП-26

Мгиэт ту

2001

- 1-

Содержание:

1. Данные для расчетов.------------------------------------------------------3

2. Теоретические сведения.--------------------------------------------------4

3. Проверка на короткоканальность---------------------------------------6

4. Расчёт порогового напряжения------------------------------------------7

5. Расчет выходной ВАХ с учетом эффекта модуляции

длины канала----------------------------------------------------------------8

6. Расчёт малосигнальных параметров:-----------------------------------11

6.1. крутизна;

6.2. динамическое сопротивление;

6.3. коэффициент усиления по напряжению;

6.4. граничная частота усиления;

6.5. сопротивление канала в начале координат.

7. Влияние напряжения смещения подложки

на пороговое напряжение.-----------------------------------------------12

8. Эквивалентная схема.-----------------------------------------------------12

9. Расчёт напряжений пробоя затвор-подложка и сток-подложка--13

10. Выводы.--------------------------------------------------------------------14

11. Список используемой литературы.------------------------------------15

- 3 -

Данные для расчетов:

Дано:

- 4 - Теоретические сведения.

Структура металл – диэлектрик – полупроводник (МДП) является основой целого ряда полупроводниковых приборов и, в частности, элементов интегральных микросхем. МДП-транзистор – это четырёхполюсный полупроводниковый прибор, Реальная структура МДП-транзистора с n-каналом выполненного на основе полупроводника p-тпа показана на рис.1. Металлический электрод, создающий эффект поля называют затвором. Два других электрода называют истоком и стоком . Эти электроды в принципе обратимы. Стоком является тот из них, на который (при соответствующей полярности напряжения) поступают рабочие носители канала. Если канал n-типа то рабочие носители – электроны и полярность стока положительная. Исток обычно соединяют с основной пластиной полупроводника которую называют подложкой.

Проводящий слой под затвором инверсного по отношению к подложке типа проводимости, соединяющий области стока и истока, называется каналом. В зависимости от способа формирования канала и типа его проводимости различают четыре основные модификации МДП-транзисторов:по типу проводимости p- и n- канальные, нормально закрытые и нормально открытые.

В нормально открытых МДП-транзисторах (со встроенным каналом), канал под затвором существует при нулевом напряжении на затворе. Изменяя величину и полярность напряжения на затворе можно регулировать проводимость канала. Напряжение, при котором канал будет отсутствовать называется напряжением отсечки. В нормально закрытых МДП-транзисторах (МДП-транзисторы с индуцированным каналом) при нулевом напряжении Uз и канал отсутствует (транзистор находится в закрытом состоянии).

Усилительные свойства МДП-транзистора обусловлены потоком основных носителей протекающих через проводящий канал, и управляемым электрическим

- 5 -

полем. Биполярный транзистор основан на использовании только основных носителей заряда. Поэтому в полевых транзисторах отсутствуют процессы

изменения объемного заряда не основных носителей, оказывающее заметное влияние на быстродействие биполярных транзисторов. Основным способом движения носителей заряда, обусловивших ток полевого транзистора, является их

дрейф в электрическом поле. Полевой транзистор в отличи от биполярного управляется напряжением (электрическим полем) по средством которого осуществляется изменение площади поперечного сечения проводящего канала, в результате изменяется выходной ток транзистора. Токопроводящие каналы могут быть приповерхностными (транзисторы с изолированным затвором) и объемными (транзистор с управляемымp-nпереходом). В курсовой работе рассматривается транзистор с изолированным затвором. Он имеет классическую структуру металл - диэлектрик –полупроводник (МДП-структуру), в которой роль диэлектрика, как правило, играет оксид (к примеруSiO₂). Поэтому полевой транзистор с такой структурой часто называют МДП или МОП транзистором.

Принцип работы: На рис.1 схематически показана конструкция МДП транзистора. В полупроводниковой подложкеp-типа сформированы две высоколегированныеn⁺ -облости - исток и сток. Металлический электрод-затвор отделен от подложки тонким слоем диэлектрика. Основными параметрами МДП-структурыявляются, длина канала l ,ширина каналаb, толщина слоя диэлектрика t,глубина переходов n⁺ областей W_n и уровень легирования подложки Na. Управляющейцепью в МДП-транзисторахявляется цепь затвора,управляемой —цепь истока —стока. Управляющая цепь практически не потребляет тока, поскольку в нее входит участок с диэлектриком, поэтому в МДП-транзисторах получается значительное усиление мощности —намного больше, чем в биполярных транзисторах. Если напряжение на затворе отсутствует, то электрическая цепь истока —стока представляет собой два п⁺- р-перехода, включенных встречно друг другу. Поэтому при любой полярности напряжения исток —сток один из переходов смещается в обратном направлении и в выходной цепи будет протекать очень малый ток обратно смещенного перехода. Если к затвору приложен достаточно большой положительный потенциал, вp-области у границы с диэлектриком образуется (индуцируется) инверсный канал, соединяющийn⁺-области стока и истока.Проводимость инверсного канала модулируется при изменении потенциала затвора. Напряжение на затворе, при котором образуется канал, называется пороговым напряжением U₀..Нарис. 1представлена конструкция n канального МДП-транзистора.

С

.

хемы включения:Полевой транзистор в качестве элемента схемы представляет собой активный не семеричный четырехполюсник, у которого один из зажимов является общим цепей входа и выхода. В зависимости от того, какой из электродов полевого транзистора подключён к общему выводу, различают схемы: с общим истоком и входом на затвор; с общим стоком и входом на затвор; с общим затвором и входом на исток.

При расчёте курсовой работы используются такие основные параметры транзистора как длина канала L – расстояние между металлургическими

- 6 -

границами n-p переходов стока и истока, ширина канала W, толщина слоя изолятора hox, глубина переходов x_j и тд.