Реферат по предмету "Физика"


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Оглавление
1. Основные сведения
2. Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом
Выводы
1. Основные сведения
Упрощенная структура МДП-транзистора с n-каналом, сформированного на подложке p-типа электропроводности, показана на рисунке 1.
/>
Транзистор состоит из МДП-структуры, двух сильнолегированных областей противоположного типа электропроводности по сравнению с электропроводностью подложки и электродов истока и стока. При напряжении на затворе, превышающем пороговое напряжение (/>), в приповерхностной области полупроводника под затвором образуется индуцированный электрическим полем затвора инверсный слой, соединяющий области истока и стока. Если подано напряжение между стоком и истоком, то по инверсному слою, как по каналу, движутся основные для канала носители заряда, т.е. проходит ток стока.
2. Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом
I. Выбор длины канала и диэлектрика под затвором транзистора:
а) выбор диэлектрика под затвором:
В качестве диэлектрика для GaAs выбираем Si3N4, т.к. он обладает довольно высокой электрической прочностью, а также образует сравнительно небольшую плотность поверхностных состояний.
б) определение толщины диэлектрика под затвором:
Слой диэлектрика под затвором желательно делать тоньше, чтобы уменьшить пороговое напряжение и повысить крутизну передаточной характеристики. С учётом запаса прочности имеем выражение:
/>
/>В, />=> />нм
в) выбор длины канала:
Минимальную длину канала длинноканального транзистора можно определить из соотношения:
/>,
где />— глубина залегания p-n-переходов истока и стока, />— толщина слоя диэлектрика под затвором, />и />— толщины p-n-переходов истока и стока, />— коэффициент (/>мкм-1/3).
Толщину p-n-переходов истока и стока рассчитаем в приближении резкого несимметричного p-n-перехода:
/>,
где />В, />, />,
/>В
/>мкм
/>мкм
/>мкм
Результаты вычислений сведем в таблицу:
/>, мкм
/>, см-3
/>, см-3
/>, см-3
/>, В
/>, мкм
/>, мкм
/>, мкм
/>, мкм
0,16
107
1016
1017
1,102
1,6
0,36
0,2
4,29
Данный выбор концентраций обусловлен тем, что для вырождения полупроводника должны выполняться условия />см-3 и />см-3. С другой стороны при уменьшении /> или при увеличении /> происходит резкое увеличение длины канала (более 5 мкм). Поэтому и были выбраны такие значения концентраций. Глубина перехода выбрана исходя из тех же соображений.
II. Выбор удельного сопротивления подложки:
Удельное сопротивление полупроводника определяется концентрацией введенных в него примесей. В нашем случае />см-3 => />Ом·см. Удельное сопротивление подложки определяет ряд важных параметров
МДП-транзистора (максимальное напряжение между стоком и истоком и пороговое напряжение).
Максимально допустимое напряжение между стоком и истоком определяется минимальным из напряжений: пробивным напряжением стокового перехода или напряжением смыкания областей объемного заряда стокового и истокового переходов.
а) напряжение смыкания стокового и истокового переходов:
Напряжение смыкания стокового и истокового переходов для однородно легированной подложки можно оценить, используя соотношение:
/>,
где />— длина канала, которую принимаем равной минимальной длине />. Пример расчета:
/>В — при />см-3
Результаты вычислений сведем в таблицу:--PAGE_BREAK--
/>, см-3
1014
1015
1016
1017
/>, В
32,3
70,1
152,3
330,8
б) пробивное напряжение стокового p-n-перехода:
Пробой стокового p-n-перехода имеет лавинный характер и определяется по эмпирическому соотношению:
/>В –
намного больше, чем напряжение смыкания p-n-переходов.
Скорректируем значение пробивного напряжения, считая искривленные участки на краях маски цилиндрическими, а на углах — сферическими:
/>
/>
Результаты вычислений сведем в таблицу:
/>, см-3
1014
1015
1016
1017
/>, В
293,4
88,9
26,1
7,2
/>, В
152,2
61,4
25,3
10,8
Пример расчета:
для />см-3: />В
/>В
/>
Рис.2. Зависимость максимальных напряжений на стоке от концентрации примесей.
Исходя из найденной ранее концентрации примесей />см-3, имеем наименьшее из полученных напряжений />В, что удовлетворяет условию задания (/>В).
III.Расчет порогового напряжения:
Пороговое напряжение МДП-транзистора с индуцированным каналом — это такое напряжение на затворе относительно истока, при котором в канале появляется заметный ток стока и выполняется условие начала сильной инверсии, т.е. поверхностная концентрация неосновных носителей заряда в полупроводнике под затвором становится равной концентрации примесей.
Пороговое напряжение, когда исток закорочен с подложкой, можно рассчитать по формуле:
/>
/>— эффективный удельный поверхностный заряд в диэлектрике, />— удельный заряд ионизированных примесей в обедненной области подложки, />— удельная емкость слоя диэлектрика единичной площади под затвором, />— контактная разность потенциалов между электродом затвора и подложкой, />— потенциал, соответствующий положению уровня Ферми в подложке, отсчитываемый от середины запрещенной зоны.
Заряд ионизированных примесей определяется соотношением:
/>,
где />— толщина обедненной области под инверсным слоем при />.
Контактная разность потенциалов между электродом затвора и подложкой находится из соотношения:
/>.
Пример расчета:
/>В — для />см-3
/>Кл/см2
/>В
/>В
В качестве металла электрода была выбрана платина (Pt), т.к. она имеет наибольшую работу выхода электронов, что увеличивает пороговое напряжение.
Результаты вычислений сведем в таблицу:
/>, см-3
/>, В
/>, см-3
/>, В
Металл электродов
/>, эВ
/>, В
1011
0,65
0,5·10-8
2,08
Al
4,1
0,88
1012
0,71
0,6·10-8
2,06
Ni    продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
----
----
----
----
----
----
----
/>, мА
1,11
1,99
2,71
3,28
3,73
4,06
4,31
/>, В
8
9
10
11
12
13
14
15
/>, мкм
----
----
----
0,031
0,073
0,108
0,139
0,166
/>, мА
4,47
4,56
4,58
4,61
4,66
4,7
4,73
4,76
/>
Рис.4. Статические выходные характеристики транзистора.
Зависимость, построенная на данном графике, довольно точно характеризует практическую закономерность возрастания выходного тока при увеличении напряжения между стоком и истоком. Характерный рост тока происходит до />В (/>В), после чего наступает насыщение, при котором ток стока слабо зависит от напряжения на стоке из-за отсечки канала.
VI.Расчет крутизны характеристики передачи:
Если напряжение на стоке меньше напряжения насыщения, то крутизна определяется соотношением:
/>
При />расчет крутизны характеристики передачи производим по приближенной формуле:
/>
Пример расчета:
/>мА/В
Результаты вычислений сведем в таблицы: т/>В
/>, В
1
2
3
4 …. 20
/>, мА/В
0,076
0,15
0,23
0,3
/>В
/>, В
1
2
10
11 …. 20
/>, мА/В
0,076
0,15
0,76
0,79
/>В
/>, В
1
2
16
17 …. 20
/>, мА/В
0,076
0,15
1,2
1,24
/>
Рис.5. Крутизна характеристики передачи транзистора.
Как видно из графика и расчетов, крутизна характеристики передачи, выбранная для расчета ширины канала (на графике обозначена />мА/В), обеспечивается при />В и />В.
Выводы
В данной работе был произведен расчет основных параметров МДП-транзистора с индуцированным n-каналом, а также выбор и обоснование использования материалов и технологических методов его изготовления.
итоговые значения основных параметров: толщина диэлектрика под затвором />нм, минимальная длина канала (критерий длинноканальности) />мкм, концентрация примесей в подложке />см-3, максимальное напряжение на стоке />В, пороговое напряжение />В, ширина канала />мкм. По этим параметрам был произведен расчет выходной характеристики транзистора, выбор топологии и построение зависимости крутизны ВАХ от напряжений на стоке и затворе.
/>/>
1. Топология транзистора 2. Поперечное сечение транзистора


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.

Сейчас смотрят :

Реферат Gone With The Wind Moive Essay Research
Реферат Образ Петербурга в романе Преступление и наказание
Реферат Русские формирования, сражавшиеся в рядах немецко-фашистской армии
Реферат Absolutism Essay Research Paper AbsolutismAbsolutism or absolute
Реферат Виды, субъекты и объекты права природопользования
Реферат Клинико-рентгенологическая классификация острой спаечной обтурационной тонкокишечной непроходимости
Реферат Разработка комплекса маркетинга на предприятии на примере ООО СМНУ Калужское
Реферат Выбор материалов для изготовления мужского демисезонного пальто
Реферат Демографические процессы воспроизводства населения: сущность, противоречивость, проблемы
Реферат «использование математического моделирования при расстановке коэффициентов в окислительно – восстановительных реакциях»
Реферат Взаимосвязь организационной идентификации и эффективности деятельности руководителя
Реферат Проект машины для производства макарон
Реферат Бизнес-план (структура и содержание)
Реферат Abraham Maslow Essay Research Paper Abraham MaslowAbraham
Реферат Анализ клинической картины и оптимизация терапии аффективных расстройств при хронических заболеваниях