Семинары 8 - 9

Упрощенные эквивалентные схемы для анализа эффектов распределенной интегральной структуры показаны ниже. Еще раз перечисляем эффекты малых размеров возможность учета вклада шин металлизации в параметры узлов ИС.

R = C =

ИБТ Э Б К П

МДПТ И З С

П

После обсуждения вклада шин межсоединений в номиналы сопротивлений и емкостей эквивалентных схем рассматриваем (рассчитываем) предельные плотности тока в цепях активных элементов и шинах связи.

Предельные плотности тока.

ИБТ. Плотность тока рассчитываем, зная величину тока I_i и топологическую площадь данного электрода А_i .

Коллектор: j_Cmax = 8∙10⁶ А/см² при тепловой скорости V_S = 10⁷ cм/c (j_C = qN_CV_S).

База j_Bmax =10⁶ А/см² = q D_nN_B/W_B.

Эмиттер j_E > φ_T/ρ_cont  2.510⁵ А/см².

(справочные сведения: усиление ИБТ исчезает при токе большем 5∙10⁵ А/см²,

U_L = R_HI_E, j_E > (U_L -_T)/_C).

Задача. Рассчитать предельные плотности тока в ИБТ с размерами областей

А_Е = 2λх2λ, А_В = 6λх10λ, А_С = 10λх18λ.

N_C = 10¹⁸ и 5∙10¹⁵ см^-3 соответственно для скрытого слоя и эпитаксиальной пленки, N_B = 10¹⁷см^-3, W_B = 0.3 мк, ρ_cont = 10 Ом/□. U_un = 5 B, R_L = 2 кОм.

Задача.

• Рассчитать напряжение переключения и ток переключения КМДП- ключа (формулы вывести в классе),

• определить изменение величины напряжения переключения для схем вида 2И-НЕ, 2ИЛИ-НЕ (можно в относительной форме),

• определить помехоустойчивость схем,

• рассчитать величины рассеиваемой мощности в КМДП- ключе С_н = 0,5 пФ, коэффициенты влияния подложки транзисторов = по 0,3, остальные параметры определены выше.

Уравнения для определения напряжения переключения и тока переключения (сквозного тока) КМДП- ключа

Уравнения для расчета динамической потребляемой мощности при неравенстве переднего и заднего фронтов выходного сигнала.

При равенстве времени переднего и заднего фронтов:

Когда фронты отличаются:

здесь I _nepmax = I_thr из формулы выше:

время, в течение которого выходной сигнал меняется от (U_{пор n} ) до (U_ИП – U_{пор р}) - t :

Семинары 10 -11

Разбор замечаний по ДЗ-2.

Эффект тиристорной защелки в КМДП- структурах.

Схема и структура КМДП- элемента.

Эквивалентные схемы для анализа. Биполярные транзисторы могут работать только в НАР.

Условие включения тиристора: α_n + α_p = 1 (или β_nβ_p = 1). По эквивалентной схеме выразим токи в плечах схемы …..,

после преобразований получим формулу

,

где

α_i – коэффициент передачи тока соответствующего биполярного транзистора,

I_Tir – ток тиристора,

I_Rn,p – ток через сопротивление соответствующего кармана,

I_0∑ - суммарный тепловой ток коллекторных переходов.

Ясно, что при малых величинах трех последних слагаемых в скобке будет выполняться условие включения тиристора.

Рекомендации по устранению или снижению вероятности включения тиристора:

- увеличивать концентрации примесей в карманах, что приведет к снижению сопротивления в коллекторных цепях и, значит, к увеличению их токов, увеличению вклада соответствующих слагаемых в скобке. (Основной недостаток такой структуры – увеличенные барьерные емкости р-п- переходов сток-подложка, что ведет к росту паразитной емкости выходного узла элемента);

- топологически размещать ближе не стоковые области транзисторов, а истоковые, при этом ширина базы соответствующего биполярного транзистора растет, а коэффициент переноса тока падает. (Основным недостатком такой конструкции будет увеличение площади элемента).

Наиболее эффективный способ устранения защелок в КМДП- элементах – использование щелевой изоляции, что удорожает производство, но обеспечивает устойчивую работу схем в широком диапазоне различных энергетических воздействий.

Контрольный тест. ТК-М-5.