Реферат по предмету "Коммуникации и связь"


Розрахунок електричних параметрів і характеристик польового транзистора з керуючим р-n-переходом

Національнийуніверситет
“Львівськаполітехніка”
Курсова робота
З курсу: “Фізикапольових напівпровідниковихприладів і компонентів інтегральних схем на основі МОН-структур”
натему:  “Розрахунок електричних параметрів іхарактеристикпольовоготранзистора з керуючим р-n-переходом”
Виконав:
Перегинець І.І.
Прийняв: проф.Дружинін А.О.
              
 
 Львів 2002
 
                                  Завдання:
 
1. Принципова відмінність польових транзисторів від біполярних.
2.Намалювати сім’ю ВАХ  і характеристик передачі.
3.Які фізичні фактори відповідають за нелінійність ВАХ.
4.Розрахувати опір ділянки кола стік-витік  транзистора у відкритому стані приконцентрації донорів в каналі Nd, акцепторів в р області Na, довжині каналу L, ширині-W ітовщині-d.
5. Який зпараметрів польового транзистора характеризує його підсилювальнувластивість в режимі малих сигналів? Визначити йогомаксимальну величину.
6. Відчого залежить ширина ОПЗ затворного р+-n-переходу.Оцінити цю ширину.
7. Дативизначення й розрахувати напругу відсікання.
8. Чимзумовлена бар‘єрна ємність затворного р-n-переходу?
9.Розрахувати вхідну ємність р-n-переходу.
10. Якіфізичні процеси обмежують діапазон робочих частот.
11.Розрахувати максимальну робочу частоту транзистора
12. Якутехнологію можна використати при розробці транзистора.
Дані для розрахунку курсової роботи:
Nd=1·1021 (м-3)- концентраціядонорів;
Na=2·1024 (м-3)-концентраціяакцепторів;
L=15·10-6 (м)- довжина каналу;
W=300·10-6 (м)-ширина каналу;
d0=0,8·10-6 (м)- віддаль між металургійнимимежами;
e=12,5-діалектричнапроникливість кремнію;
e0= 8.85·10-6-діалектричнапроникливість у вакумі;
mn=0,14(м2/В×с)-рухливість електронів;
mр=0,05(м2/В×с)-рухливість дірок;
ni=1.45·1016(м-3)-концентраціяелектронів у власному н/п в умовах термодинамічної рівноваги;
Vs=10·105 (м×с-1)-швидкість насичення;
Тt=300(K)-кімнатна температура;
 k=1.38·10-23 (Дж×K-1)-константа Больцмана.Вступ
Польові транзистори з керуючим р-n-переходом –уніполярні напівпровідникові прилади, принцип дії яких заснований на дрейфіосновних носіїв заряду. Такі транзистори мають менший вхідний опір порівняно зМДН-транзисторами, однак він є набагато більшим від вхідного опору біполярноготранзистора. Розрізняють польові транзистори з керуючим р-n-переходом якприлади з каналом р- або n-типу провідності.
Польові транзистори з керуючим р-n-переходом перш завсе використовуються в підсилювальному режимі. Тут в багатьох випадках вонимають переваги над МДН-транзисторами. Зокрема вжливою перевагою польовихтранзисторів з керуючим р-n-переходом є малий рівень власних шумів і високастабільність параметрів в часі. Причиною цих переваг є те, що канал в польовихтранзисторах з керуючим р-n-переходом відокремлений від поверхні р-n-переходом. На межі каналу й ОПЗ відсутні поверхневі дефекти, які зумовлюють якнестабільність параметрів, так і додаткові шуми в МДН-транзисторах. Такітранзистори відзначаються високою радіаційною стійкістю.
 
/>Рис. 1.  Схематичне зображення польового транзистора з керуючим p-n — переходом

1) Принципові відмінності польовихтранзисторів від біполярних
    Основноювідмінністю польових транзисторів від біполярних є те що польові транзистори єуніполярними приладами, тобто в переносі заряду бере участь лише один видносіїв, тому відсутні процеси інжекції і екстракції, що покращує їх частотнівластивості.
     В польвих транзисторах інформаційний сигнал (керуюча дія)задається у вигляді напруги або електричного поля, а в біполярних керуваннявідбувається вхідним струмом.     Вхідний опір в уніполярнихтранзисторів значно більший, тому досягається високий коефіцієнт підсилення заструмом.
         Вихіднийопір великий, але має певне значення, який зумовлиний поверхневими втратами ймодуляцією довжини каналу, а в біполярних транзисторах модуляція ширини бази –ефект Ірлі.
2) Прифіксованій напрузі зміщення на затворі струм в каналі збільшується зізростанням напруги на стоці доки при деякій порівняно невеликій напрузі Uc=Ucнас невідбувається насичення струму. На ВАХ необхідно розрізняти ділянку насичення талінійну. Формули для визначення ВАХ улінійній ділянці:
 
/>            
                 
           
                 в ділянці насичення:
/>

На лінійній ділянці стум стоку пропорційний до Uc, а у ділянці насичення стум стоку не залежить від напруги стоку. Припідвищенні від‘ємної напруги зміщення на затворі Uз струм насичення і напруга, що відповідаєпочатку насичення зменшуються. Це зумовлено зниженням початкової товщинипровідного каналу, що, в свою чергу призводить до більшого початкового опоруканалу транзистора. При значних напругах на стоці може виникнути пробій р+-n-переходу затвора. Зворотня напруга на р+-n-переході затвора змінюється вздовж каналу, досягаючи максимальногозначення в кінці каналу біля стоку і дорівнює сумі напруг на стоці і назатворі. Отже, пробій польового транзистора може відбуватися при різнихнапругах на стоці залежно від напруги на затворі. Оскільки польові транзисторивиготовляють здебільшого на основі кремнію, пробій таких транзисторів, якправило, має лавинний характер.
/>
           Статичні характеристикипередачі: Іс=f(Uз) при Uc=const.Струм стоку буде максимальним приUз=0.Якщо напруга на затворі досягає напруги відсікання, то канал повністюперекривається і струм у вхідному колі спадає практично до нуёля. При змінінапруги на стоці зміщенням передачі практично можна знехтувати у зв‘язку змалими змінами струму стоку.
Характеристика передачі Ic(Uз)/Uc=const
/>
     3) ВАХнелінійна через те, що міняється механізм проходження носіїв через транзистор:дрейфовий в лінійній ділянці ВАХ, й переходить в екстракційний  на ділянцінасичення.
     
  4) Розрахунок опору каналу:
/>
/>
 ;                                                               
           
       
  g0=(0,95·10-6 ×200·10-6 × 1.6·10-19 × 0.14 × 4·1021)/ 12·10-6 = 14,186·10-3 (Ом -1)
 
   g0 — провідність каналу
   R.k0=1/14,186·10-3 =70,49(Ом)
  5) Підсилювальна характеристикатранзистора:
        Характеризується коєфіцієнтом підсилення за напругою відображає вплив напругистоку і затвору на струм стоку і визначається відношенням  приросту напругистоку до напруги затвора :
             />
         Коефіцієнт підсилення занапругою дорівнює добутку крутості характеристики на вихідний опір.
/>
  
                
                  S=187,3·10-8А/В=1.8мА/В                             
 
/>S-крутістьхарактеристики
-контактнарізниця потенціалів
/>фк=3,91*10-2 
Ku=187,3·10-7/10-3 =  174.259·10-3
          З характеристикикрутості випливає, що для отримання вищих значень крутості характеристики необхідномати менше значення опору каналу або більшу питому провідність вихідногоматеріалу. В той же час концентрація домішки в каналі повинна бути невеликою,щоб при підвищенні зворотньої напруги на р-n-переході збіднений шар поширювавсяв бік каналу. Отже, отримання вищих значень крутості характеристики необхідно при виготовленні польового транзистора вибирати матеріал з вищою рухливістюносіїв заряду. Також крутість характеристики залежить від відношенняширини каналу W до його довжини. Тому відповідно для отримання вищої крутостіхарактеристики потрібно мати мале відношення довжини каналу до його ширини,тобто короткий і широкий канал. Максимальна крутість при Uz=0.
  6) Ширина просторового заряду/> />
    
              dН=0.95*10-6×(1-(0.1/115.7*10-3)1/2)=56.05*10-9(м)
        Ширина просторовогозаряду залежить від віддалі між металургійними межами, від напруги на затворі йнапруги відсічки.
     7)Напруга відсікання /> />
      При деякому значенні напруги затвора Uzзбіднена ділянка р+-n- переходу займає весь канал d0-настає повне відсікання каналу. За наступною формулою можем визначити напругувідсікання:
      UBid=1.6·10-19 × 4·1021× (0,95×10-6)2/ 8 × 8.85·10-12 × 12.5 =1,019·102 (В)
  8)Бар’єрна  ємність визначається як відношенняприросту заряду зумовлений зміною прикладеної напруги dU :
                                      />
 9)Польовийтранзистор з керуючим р-n-переходом розглядаєм як різкий несиметричний р+-n-перехід,для якого рахуєм барєрну ємність:/> />
      
  Сb=38,52*10-15 (ф)
10)Обмеження діпазону робочих частот
    Максимальна частота,  на якій МДН-транзистор можна вважати активним,визначається як частота на якій коефіцієнт підсилення за потужністю Кр дорівнюєодиниці. Для реальних транзисторів гранична частота обмежується не вхідноюємністю, а часом прольоту електронів через провідний канал.
11)Максимальна робоча частота транзистора /> />
    В ділянці насичення:
               fi= 105/2*3.14*12*10-6= 1,32*109 (Гц)
      При роботі на високих частотах необхідно мати малу ємність затвору, малудовжину каналу і використовувати прилади з каналом n-типу провідності, оскількирухливість електранів є більшою, ніж рухливість дірок.
12)Технологіярозробки транзистора
     В сучасній технології виготовлення напівпровідників легування є одним збазових процесів виготовлення польових транзисторів з керуючим р-n- переходом.Неуклінне збільшення швидкодії і степеня інтеграції МДН-ІС, так і біполярних ІСдосягається постійним зменшенням геометричних розмірів  структур за рахунокудосконалення методів локальнаго легування .
Методи легування можна поділити на слідуючі групи:високотемпературна дифузія; іонна імплантація; радіаційно- стимульованадифузія.
Для кожної групи характерно використанняспеціалізованого технологічного обладнання, забезпечуючого проведення процесу встрогоконтролюємому режимі.
Високотемпературна дифузія. Методи дифузії являються основними і найбільшрозповсюдженими при легуванні напівпровідників.
Дифузія представляє собою обумовлений тепловим рухомпереміщення в напрямку зменшення їх концентрації.
При дифузії в кристал розрізняють переміщення атомівданого твердого тіла. Швидкість дифузії залежить відградієнта концентрації атомів. Радіаційно-стимульованадифузія. Цейметод дифузії оснований на введенні домішок в результаті бомбардуваннянапівпровідникового кристалу легкими іонами з енергією, достатньою для зміщенняатомів підкладки в міжвузля.
           Висновок
В цій курсовій роботі я дослідив ВАХ польового транзистора з керуючимр-n- переходом, розрахував опір каналу, що становить R.k0=70,49 (Ом),  ширину ОПЗ  dn=56.05*10-9 (м), напругу відсікання UBid= 101,9 (B),бар’єрну ємність  Сb = 38,52*10-15 (ф), максимальну робочу частоту транзистора fi=1,32·109 (Гц).Література
1. Дружинін А.О.“Твердотільна електроніка. Фізичні основи і властивості напівпровідниковихприладів”, 2001р., Львів, 223 ст.
2. Дулін В. Н.”Электронныеприборы”,1997р., Москва «Энергия»,344 ст.
3. Пасинков В.В. “Полупроводниковые приборы”, підручник, 1987р., Москва “Высшаяшкола”,301ст.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.