МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Московский государственный институт электроники и математики
(Технический университет)
Кафедра электроники и электротехники
Курсовая работа
по дисциплине
«Электроника и электротехника»
Вариант № 89
Выполнил:
группа СБ-41
Подгорный А.Д.
Преподаватель:
Орехов E.В
Москва 2010
Задание.
Дано: n-МОП схема И-НЕ.
Минимальный размер
.
Толщина окисла
.
Требуется:
-
Описать принцип работы схемы.
-
Выбрать и описать технологию изготовления схемы.
-
Нарисовать топологию и разрез элементов схемы.
-
Рассчитать параметры элементов схемы.
-
С помощью программы P-Spice рассчитать:
передаточную характеристику схемы;
переходную характеристику схемы;
статическую и динамическую мощности, потребляемые схемой.
-
Нарисовать топологию всей схемы.
-
Сравнить с аналогами, выпускаемыми промышленностью.
1.Описать принцип работы схемы.
Таблица истинности для элемента И-НЕ.
|
Вх1 |
Вх2 |
Вых |
|
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
Для логических
схем на
-МОП
транзисторах уровень логического нуля
приблизительно равен нулю, а уровень
логической единицы – меньше чем
.
Сток и затвор верхнего нагрузочного
транзистора подключены к питанию,
поэтому всегда выполняется неравенство
,
следовательно нагрузочный транзистор всегда открыт и работает в пологой области как нелинейный транзистор.
Если хотя бы один
на один активный транзистор подано
напряжение логического нуля, то он
оказывается заперт, в следствии чего
выход отключается от земли и на нём
устанавливается напряжение логической
единицы. При этом
будет меньше
из-за влияния нагрузочного транзистора:
.
Если на оба активных
транзистора подано напряжение логической
единицы, то выход оказывается подключённым
к земле, а нагрузочный транзистор имеет
большое сопротивление. В этом случае
на выходе получается уровень логического
нуля порядка
.
2. Технология изготовления схемы.
1.Получение исходной
подложки
-типа
и выращивание толстого слоя окисла
2.Фотолитография областей стока и истока. Диффузия.
3.Фотолитография ограничителей p-канала с последующим внедрением ионов р-типа. Рост окисла.
4.
Фотолитография для тонкого слоя под
затвором. Термическое выращивание
тонкого слоя окисла под затвором (
).
5.Ионное внедрение
бора для регулировки
-МОП-приборов
с последующим отжигом для активации
внедрённых ионов и восстановления
повреждений кристаллической решётки.
6.Фотолитография окон под контакты.
7.Осаждения алюминия в парообразном виде
8.Фотолитография для формирования рисунка металлической разводки и контактных площадок.
9. Нанесение низкотемпературного пиролитического стекла и фотолитография под контакты для проволочных соединений.
3.Топология и разрез транзисторов.
В данной схеме
использованы два типа транзисторов:
- нагрузочный изготавливают с узким,
длинным каналом,
- активные изготавливают с широким и
коротким каналом..
4. Расчёт параметров элементов схемы.
Формулы для
нахождения порогового напряжения
затвора
.
- потенциал Ферми
- постоянная
Больцмана,
- температура
транзистора,
- заряд электрона,
- собственная
концентрация носителей в
.
- концентрация
внедрённых в канал ионов.
- диэлектрическая
проницаемость вакуума,
- диэлектрическая
проницаемость кремния,
- удельная ёмкость
подзатворного диэлектрика,
- диэлектрическая
проницаемость оксида кремния,
lox=40
=
- толщина тонкого окисла.
-разность
выхода работ из метала и полупроводника
- высота потенциального
барьера на границах металл-окисел
- работа выхода из
металла в
Полевое пороговое напряжение:
Толщина толстого
окисла -
.
Концентрация
ионов, ограничителей канала -
.
Таким образом,
ограничитель канала не будет проводящим,
пока к алюминию на окружающем окисле
не будет приложено напряжение
.
Условие
помехоустойчивости требует соотношения
между крутизнами активного и нагрузочного
транзисторов
.
где
Крутизны транзисторов:
Расчёт ёмкостей.
1) Ёмкости перекрытия каналов
Области перекрытия сток и исток одинаковы:
где
- удельная ёмкость
подзатворного диэлектрика
- ширина области
перекрытия
- длина области
перекрытия (равна ширине канала)
Нагрузочного транзистора:
В Spice используются удельные ёмкости перекрытия на длину перекрытия (CGSO, CGDO):
Ёмкости
переходов.
2) Ёмкость
перехода исток-подложка и сток-подложка:
3)Ёмкость затвор-подложка:
,
.
Суммарная ёмкость:
5. Расчёт в помощью
программы LT-Spice.
-
Передаточная характеристика.
Vpit 1 0 5V
vin1 2 0 5V
vin2 3 0 5V
mn 1 1 4 0 nmosu l=32u w=8u as=64p ad=64p pd=32u ps=32u
mact1 4 2 5 0 nmosu l=4u w=20u as=400p ad=400p pd=80u ps=80u
mact2 5 3 0 0 nmosu l=4u w=20u as=400p ad=400p pd=80u ps=80u
.model nmosu nmos (level=3 vto=1.567 uo=450 tox=40n
+cgdo=8.85e-11 cgso=8.85e-11 cj=18,43e-4 cjsw=18,43e-10)
.op
.dc vin1 0 5 0.01
.print dc v(4)
.probe
Уровень логической
единицы:
,
Уровень логического
нуля:
,
Логический перепад:
,
Порог переключения:
,
,
.
Помехоустойчивость
по положительной помехе:
Помехоустойчивость
по отрицательной помехе:
5.2.Переходная характеристика
V
pit
1 0 5V
vin1 2 0 pulse (0 5 0u 0u 0u 3.2u 7u)
vin2 3 0 5V
vin3 10 0 5V
vin4 11 0 5V
mn 1 1 4 0 nmosu l=32u w=8u as=64p ad=64p pd=32u ps=32u
mact1 4 2 5 0 nmosu l=4u w=20u as=120p ad=120p pd=80u ps=80u
mact2 5 3 0 0 nmosu l=4u w=20u as=120p ad=120p pd=80u ps=80u
mn2 1 1 6 0 nmosu l=32u w=8u as=64p ad=64p pd=32u ps=32u
mact3 6 4 7 0 nmosu l=4u w=20u as=120p ad=120p pd=80u ps=80u
mact4 7 10 0 0 nmosu l=4u w=20u as=120p ad=120p pd=80u ps=80u
mn3 1 1 8 0 nmosu l=32u w=8u as=64p ad=64p pd=32u ps=32u
mact5 8 6 9 0 nmosu l=4u w=20u as=120p ad=120p pd=80u ps=80u
mact6 9 11 0 0 nmosu l=4u w=20u as=120p ad=120p pd=80u ps=80u
.model nmosu nmos (level=3 vto=1.567 uo=450 tox=40n
+cgdo=8.85e-11 cgso=8.85e-11 cj=18.43e-4 cjsw=18.43e-10 xj=1u)
;
;op
.tran 8000n
.print tran v(4) v(6) i(vpit)
.probe
.end
