Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 27
Оглавление 1. Основные сведения 2. Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом Выводы 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 ( I.
Выбор длины канала и диэлектрика под затвором транзистора: а) выбор диэлектрика под затвором: В качестве диэлектрика для GaAsвыбираем Si3
N4
, 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) выбор длины канала: Минимальную длину канала длинноканального транзистора можно определить из соотношения: где Толщину p-n-переходов истока и стока рассчитаем в приближении резкого несимметричного p-n-перехода: где Результаты вычислений сведем в таблицу: Данный выбор концентраций обусловлен тем, что для вырождения полупроводника должны выполняться условия II.
Выбор удельного сопротивления подложки: Удельное сопротивление полупроводника определяется концентрацией введенных в него примесей. В нашем случае 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 Результаты вычислений сведем в таблицу: б) пробивное напряжение стокового p-n-перехода: Пробой стокового p-n-перехода имеет лавинный характер и определяется по эмпирическому соотношению: 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: Пример расчета:
для Рис.2. Зависимость максимальных напряжений на стоке от концентрации примесей.
Исходя из найденной ранее концентрации примесей 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: Заряд ионизированных примесей определяется соотношением: где Контактная разность потенциалов между электродом затвора и подложкой находится из соотношения: Пример расчета:
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: В результате расчетов было получено значение максимальное значение В итоге получаем следующие параметры: Температурная зависимость порогового напряжения: Рис.3. Температурная зависимость порогового напряжения.
Из приведенных расчетов видно, что концентрация примесей, а также количество вводимых ионов были выбраны правильно, что обеспечило требуемую величину порогового напряжения (4 В). IV.
Определение ширины канала: Ширину канала в первом приближении можно определить из соотношения: где Пример расчета:
Результаты вычислений сведем в таблицу: Т.к. ширина канала по величине сравнима с длиной каналу ( V.
Расчет выходных статических характеристик МДП-транзистора: Выходные статические характеристики представляют собой зависимости тока стока от напряжения на стоке при постоянных напряжениях на затворе: где На пологом участке вольт-амперной характеристики, т.е. при где Расчет где Пример расчета:
Результаты вычислений сведем в таблицу: 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 VI
.
Расчет крутизны характеристики передачи: Если напряжение на стоке меньше напряжения насыщения, то крутизна определяется соотношением: При Пример расчета:
Результаты вычислений сведем в таблицы:т Рис.5. Крутизна характеристики передачи транзистора.
Как видно из графика и расчетов, крутизна характеристики передачи, выбранная для расчета ширины канала (на графике обозначена 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 1. Топология транзистора 2. Поперечное сечение транзистора
|