Добавил:

Shilak Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Московский государственный институт электроники и математики (технический университет)

Предмет:

Электроника

Файл:

КР / Методичка Для курсовой

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

30.04.2013

Размер:

739.1 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 72 3 4 5 6 7 > Следующая >>>

Рис. 9. Сжатый резистор

Поверхностное сопротивление сжатого p слоя, между слоями n и n+: RS=1...3 кОм/□.

2. Используется ионная имплантация с тонкими слоями

Рис. 10. Имплантация с тонкими слоями

Тонкий p слой (xjp ~ 0,2...0,8 мкм) имеет большое поверхностное сопротивление

RS=104 Ом/□.

Для малых сопротивлений (1...50 Ом) используются высоколегированные области (эмиттерный n+ - слой):

Рис. 11. Высоколегированная (эмиттерная) область

В схемах малой степени интеграции используется однослойная металлизация – слой алюминия на поверхности окисла, который формирует контакты к элементам ИС и межсоединения. В этом случае возможны ситуации, когда не удается избежать пересечения проводников. В этом случае используется так называемый «подныр»: один проводник остается алюминиевой шиной, а второй проходит под ним по низкоомному резистору.

Эквивалентная электрическая схема диффузионного резистора, ограниченного обратно смещённым p-n переходом показана на рис. 12.

Емкости рассчитываются по формуле:

= S

qε ε

V =

≈ 0.8...0.9B ; N=min(NД(xj),NА(xj));

p −n

∑

2VB

SΣ = wl′ +

2πx j

(l′ + w) +

4πx2j

Cp-n – ёмкость p-n перехода при нулевом смещении, SΣ - общая площадь p-n перехода, первое слагаемое – плоское дно, второе слагаемое – цилиндрические боковые части, третье слагаемое – сферические угловые части.

Рис. 12. Эквивалентная схема резистора

Рис. 13. Размеры резистора, 1,2 – контактные окна.

1.4. МДП транзисторы

Рис. 14. Структура МДП транзистора

Пороговое напряжение UЗИ ПОР – при котором концентрация электронов в канале около поверхности Si - SiO2 равна концентрации дырок в подложке p-типа, т.е. канал образуется, если UЗ > UПОР.

Рис. 15. Выходная характеристика

В линейной (крутой, триодной) области:

Ic =	W	μ		ε 0ε ox (Uз − Uпор)Uc −	1	U 2
			ns
	L				2	с
				lox

Формула верна для UЗ >UПОР, UC<UЗ–U ПОР, при UC=0 IC=0
		Если UC мало и выполняется неравенство		U с2 ≤ 2(U з − U пор )U с , тогда:
I C	=	W	μns Cox (U з − U пор )U c , т.е. Ic - линейная функция Uc, здесь: W - ширина канала, L -

		L				µ n – в глубине). εOX -
длина канала, µ ns-подвижность электронов вблизи поверхности(0,5
диэлектрическая проницаемость окисла, lOX - толщина окисла,
C	ox	= ε0εox - удельная емкость структуры затвор –		канал, Ф/м2, ε	Sio 2	= 3,5...4 .
			lox

kp = μnsCOX

При UC=UЗ-UПОР канал вблизи стока исчезает и транзистор работает в области на-

						¶I	c
сыщения	(	пологой	,	пентодной	с перекрытым каналом		c	= 0
сыщения		пологой		пентодной	с перекрытым каналом
				)		¶U c
						¶U c

Подставим это значение в формулу для IC:

μnsCox (U

−Uпор )(Uз

−Uпор )−

(Uз

−Uпор )2

μnsCox

(Uз −Uпор )2

т.е. в области насыщения ток стока IC от напряжения на стоке UC не зависит.

С увеличением UC канал вблизи стока перекрывается больше и больше: так как расширяется обедненный слой стокового p-n перехода, следовательно, длина канала L уменьшается, следовательно, ток IC растет, характеристики в области насыщения имеют небольшой наклон.

Крутизна:

∂Ic

U c =const

¶U з

μns CoxU c

− в линейной области

μns Cox (U з

− U пор )− в области насыщения

Wμns Cox

= ε 0ε ox μnsW - является параметром транзистора.

Удельная крутизна: b =

Llox

Оценим:

μn

= 1400

см2

; μns = 500

см2

В × С

lox

= 0,1 мкм

ε ox

= 4 ;

ε o = 8,85 ×10−14

см

L = 5 мкм

W = 20 мкм

μns

= 500

см2

= 500

108 мкм2

= 5 ×1010

мкм2

В ×С

В× С

ε o

= 8,85 ×10-14

= 8,85 ×10-18

см

104 мкм

мкм

20 мкм× 5 ×1010

мкм2

× 4 ×8,85 ×10−18

-7 А × С

b =

В × С

мкм

= 4

× 20

×8,85 ×10

= 7,08 ×10

-5 А

5мкм× 0,1мкм

В× В× С

В2

В PSpice используется параметр, называемый коэффициент крутизны:

kp = μnsCOX .

kp является параметром микросхемы в целом, а не отдельного транзистора, так как и kp = μnsCOX одинаковы для всей микросхемы, а длина и ширина канала яв-

ляются параметрами транзистора.

Разновидности МДП – транзисторов

1.По типу проводимости канала n-канальный (рассмотрен) p-канальный

Рис. 16. p-канальный МДП транзистор с индуцированным каналом

2.По характеру канала: транзисторы с индуцированным каналом когда UЗИ = 0 канала нет, канал появляется при UЗИ ¹ 0 :

UЗИ > 0 n- канал UЗИ < 0 p- канал.

Именно такие транзисторы рассмотрены выше.

Рис. 17. Входная характеристика n- канального транзистора с индуцированным каналом.

Рассмотрим транзистор со встроенным каналом:

Рис. 18. Структура n-канального МДП транзистора (аналогично для p-канального)

Рис. 19. Входная характеристика n- канального транзистора со встроенным каналом.

Рис. 20. Обозначения различных МДП транзисторов

Зависимость порогового напряжения от электрофизических характеристик

Подложка p-типа (n-канальная структура):

= ϕ

+ 2

−

4qε0εSi N

ϕF

;

пор

мп

C 2

Подложка n-типа (p-канальная структура):

= ϕ

− 2

−

4qε0ε Si N

ϕF

;

пор

мп

C 2

jМП - разность работ выхода электронов из металла и полупроводника: для подложки p-типа:

jМП=jМПС-|jF|

для подложки n-типа:

jМП=jМПС+|jF|

jМПС=-0.6 В - разность работ выхода электронов из алюминия и кремния с собственным типом проводимости.

|jF| - абсолютное значение потенциала Ферми, измеряемого в В, или уровня Ферми в эВ:

ϕ F = ϕT ln N . ni

Например:

	ϕ F	= ϕT ln	N				3,5 ×1015
					=	0,025ln		= 0,319В
			ni				10
							10
тогда разность работ выхода: ϕ мп = ϕ мпс -ϕ F = -0,919 B .
	Q = 2 ×10−8			Кл		- плотность заряда поверхностных состояний
				см2
	c

СOX = εoεox lox

N – концентрация примеси в подложке.

Для поликремниевого затвора:

Разность работ выхода из затвора и подложки:

1. n-канальный транзистор – подложка p-типа, затвор легирован n-примесью

ϕ мп = -

ϕ FЗ

ϕ FП

= -ϕT

N З

-ϕT

N П

2. p-канальный транзистор – подложка n-типа, затвор легирован p-примесью

ϕ мп =

ϕ FЗ

ϕ FП

= ϕT

N З

+ϕT

N П

В SPICE пороговое напряжение называется vto. Расчет параметров МОПтранзисторов подробно описан в [1 - §8.6, 11.3; 2 - §9.3].

Динамические параметры

Удельные емкости перекрытия:

		C		= С		= С × D , [Ф/м];		C =		εoεox
			зс		зи
						OX	пер	OX		lox

		Названия:
cgso –		удельная емкость перекрытия затвор –							исток,
cgdo –		удельная емкость перекрытия затвор –							сток,
cgbo –		удельная емкость перекрытия затвор –							подложка за счет выхода затвора за пределы
		канала,
единица измерения этих емкостей – Ф/м.
		Емкости p-n-переходов при нулевом смещении рассчитываются по известным фор-
мулам, аналогично емкостям биполярных транзисторов и резисторов.
		Названия:
cbs –	емкость исток –						подложка, cbd –	емкость сток – подложка, Ф.
		Другие параметры
tox –	толщина окисла, м, (10-7),
level –		уровень модели (1 – самая простая модель),
L, W –		длина и ширина канала, м,
UO –		подвижность носителей тока в канале, см2/(В×с), значение по умолчанию (UO=600)

соответствует поверхностной подвижности электронов.

1.5. Приборы и ИС на арсениде галлия

Особенности

Преимущества:

1.Высокая подвижность электронов µ n=8000 - 11000 см2/(В×с), следовательно высокое быстродействие.

2.Большая ширина запрещенной зоны (1.4 эВ), следовательно, возможно создание схем устойчивых к высокой температуре и радиации.

3.Благодаря большая ширине запрещенной зоны, исходные пластины имеют высокое удельное сопротивление, следовательно, они являются полуизоляторами. Это облегчает изоляцию элементов ИС друг от друга.

Недостатки:

1.Технологические трудности, так как это химическое соединение.

2.Легирование только ионной имплантацией, диффузия неприменима.

3.У GaAs нет стабильного естественного окисла, трудности с изоляцией.

4.Поверхность очень восприимчива к различным химическим веществам.

5.Хрупкий материал.

Приборы GaAs

1.СВЧ диоды Шоттки

2.Полевые транзисторы

сзатвором Шотки

3.Полевые транзисторы

сp-n переходом

Рис. 21. Типы приборов на арсениде галлия.

КОНТАКТ ШОТТКИ: МЕТАЛЛ – n – ПОЛУПРОВОДНИК.

Рис. 22. Контакт Шоттки: зонные диаграммы. Анод – металл, катод – n – полупроводник.

СТРУКТУРА ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА.

Рис. 23. Структура полевого транзистора на GaAs с затвором Шотки.

Зависимость тока стока IС от напряжений сток – исток UС и затвор – исток UЗ для малых напряжений UС.

= G [U

−

2εGaAsε0

{(U

+ V − U

)3 / 2 − (V − U

)3 / 2}]

qNa2

G0 = gμnWaN - внутренняя проводимость.

Vb = 1 [Фb − (Ec − EF )] - встроенный потенциал контакта Шоттки, q

EC – дно зоны проводимости, EF – уровень Ферми.

<<< < Предыдущая 12 / 72 3 4 5 6 7 > Следующая >>>