Министерство образования РФ. Московский Государственный Институт Электроники и Математики Технический университет . Факультет АВТ Курсовая работа По дисциплине Электроника на тему Расчет схемы И-НЕ на КМОП транзисторах Вариант 59 Преподаватель Выполнила Студентка группы С-43 Бондарева А.В. Москва,
2004 год. Задание на курсовую работу 1. Описать принцип работы схемы. 2. Выбрать и описать технологию изготовления схемы. 3. Нарисовать топологию и разрез схемы. 4. Рассчитать параметры элементов схемы. 5. С помощью программы P-Spice рассчитать а передаточную характеристику схемы б переходную характеристику схемы в статическую и динамическую мощности, потребляемые схемой.
6. Нарисовать топологию всей схемы. 7. Сравнить с аналогами, выпускаемыми промышленностью. Дано КМОП схема И-Не. Минимальный размер 3 мкм, толщина окисла 50 нм. Принцип работы схемы Пусть p-канальный МОП транзистор, подключенный к входу 1, будет T2, а к входу 2 Т2. Тогда n-канальный транзистор, подключенный к входу 1 T1, а к входу 2 Т1. P-канальные транзисторы Т2 и Т2 включены параллельно, следовательно, при подаче
на затвор только одного из них высокого потенциала U1 другой будет открыт и на выходе будет напряжение отличное от напряжения питания. Если подать на затворы обоих транзисторов высокий потенциал, то оба транзистора будут закрыты. N-канальные транзисторы T1 и Т1 включены последовательно, следовательно, при подаче на затвор одного из них низкого потенциала об транзистора будут закрыты, и откроются они лишь при подаче высокого потенциала
на оба затвора. Таким образом, при подаче на вход 1 или вход 2 или на оба низкого потенциала, по крайней мере один p-канальный транзистор будет открыт, а один n-канальный транзистор будет закрыт, следовательно, на выходе получаем напряжение отличное от напряжения питания. И только при подаче на оба входа высокого напряжения оба p-канальных транзистора будут закрыты, а два n-канальных транзистора открыты, следовательно, на выходе получим напряжение 0.
Вход 1Вход 2Выход001011101110 Расчет параметров. Для n-канального транзистора. Uпор Usi Uox-Uss-Uw Usi ln, где Nак 3,6 1016см-3 Usi 2 0,025 1,6 10-19 ln 3,6 1016 1,5 1016 0,76 В Uox , где Сох 0Si02 xd xd толщина подзатворного диэлектрика Сох 8,85 10-14 4 0,5 10-15 7,08 , тогда Uox 2 8,85 10-14 12 1,6 10-19 3,5 10-16 0,38 7,08 10-18 1,34 В , т.к. Uox 20SiO2gNак 2Фf Cox , а Фf поверхностный потенциал хар-т искривления уровня
Ферми Фf Usi 2 0.38 Uss Qss Cox падение напряжения на пов-ном заряде Qss 1,4 10-8 gt Uss 0,24 Uw Wз-о-Wsi-o напряжение работы выхода Wз-о WSi0 3,25В Фf з-о sio Фf затвора Si 0,025ln 1 10-19 1,5 10-10 0,53 Wз-о Si затвор 3,25 0,55-0,53 3,27 Wsio p подложка 3,25 0,55 0,38 4,18 Следовательно Uw 1 1,6 10-19 3,27-4,18 -0,91 Uпор 1,34 0,76-0,2-0,91 0,99
В Для p-канального транзистора. аналогично n-канальному Uпор Usi Uox-Uss Uw Usi ln, где Nак 2 1016см-3 USi -0,73 В Uox Qв Сох 2 8,85 10-14 12 1,6 10-19 2 10-16 -0,73 7,08 10-18 -0,99 В , т.к. Uss Qss Cox 0,2 В Uw Wз-о-Wsi-o 1,02 В Фf USi 2 -0,36 Wз-о 3,25 0,55 0,64 4,45, т.к. Фf затвора 0,025ln 1 10-21 1,5 10-10 0,64
В Wsio 3,25 0,55-0,366 3,43 Uпор -0,99-0,73-0,2 1,02 -0,9 В Расчет крутизн K Для n-канальногоДля p-канальногоM 500см2В-1с-1М 200 см2В-1с-1K 500 7,08 10-8 24 7K 200 7,08 10-8 60 7K 212,4 мкА В2K 212,4 мкА В2 Расчет емкостей Т.к. Kn Kp gt gt , т.к. Mns 500 см2В-1с-1, а Mps 200 см2В-1с-1, то пусть Wn 24 мкм gt Wp Wn Сзи Сзс CoxdперW Cзп CoxLW 1 Cип Ссп Wp n 0SiSp n
Wp n Wp n 20SiUp n gNподл Sp n W x xj 2w 2x 4xj2 Wx xj W x 2xxj2, где L длина канала, L Lзатвора-2dпер 7-2 1 5 мкм dпер-перекрытие затвором области стока истока Глубина залегания карманов hi 6 мкм Глубина залегания областей стоков и истоков xj 1,2 мкм Глубина залегания изолирующего слоя hd 2,5 мкм Ширина изолирующего слоя Wd 20 мкм Длина области стока истока X 3 min 9 мкм
Для n-канальногоДля p-канальногоСзи Сзс 7,08 10-10 1 10-4 24 10-4 16,992 10-15 фСзи Сзс 7,08 10-10 1 10-4 60 10-4 4,248 10-14 фСзп 7,08 10-8 5 10-4 24 10-4 0,24 0,24 1 14,16 10-15 фСзп 7,08 10-8 5 10-4 60 10-4 0,21 0,21 1 3,54 10-14 ф Wp n 2 8,8510-1212 1 10-6 1,6 10-19 3,5 1016 1,948 10-8 м2 Wp n 2 8,8510-1212 1 10-6 1,6 10-19 2 1016 2,576 10-8 м2Sp n 24 10-6 9 10-6 1,2 10-6 24 10-6 9 10-6 2 1,2 10-6 2 3,49 10-10 м2Sp n 60 10-6 9 10-6 1,2 10-6 60 10-6 9 10-6 2 1,2 10-6 2 8,09 10-10 м2Сип
Ссп 8,85 10-12 12 3,49 10-10 1,948 10-8 1,9 10-14 фСип Ссп 8,85 10-12 12 8,09 10-10 2,576 10-8 3,34 10-14 ф Коэффициент влияния подложки 2g0siNa Uлог1 Eпит 10В Для n-канальногоДля p-канального 2 1,6 10-9 8,85 10-14 12 3,5 1016 10 2 0,38 -2 0,38 7,08 10 10-8 0,24 2 1,6 10-9 8,85 10-14 12 2 1016 10 2 -0,366 -2 0,38 7,08 10 10-8 0,21 Расчет ВАХ Входная характеристика
Выходная характеристикаIc k Uz-Uпор 2 2 1 Ic Usi Триодная область до UотсПентодная область после UотсIc k Uz-Uпор Us- 1 Uc2 2 Ic k Uz-Uпор 1 Uотс Uz-Uпор 1