Xreferat.com » Рефераты по физике » Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

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.


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом


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 (Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом), 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:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ, Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом => Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомнм


в) выбор длины канала:

Минимальную длину канала длинноканального транзистора можно определить из соотношения:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом,


где Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - глубина залегания p-n-переходов истока и стока, Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - толщина слоя диэлектрика под затвором, Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом и Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - толщины p-n-переходов истока и стока, Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - коэффициент (Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом мкм-1/3).

Толщину p-n-переходов истока и стока рассчитаем в приближении резкого несимметричного p-n-перехода:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом,

где Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ, Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом,

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналоммкм

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналоммкм

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналоммкм


Результаты вычислений сведем в таблицу:

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, мкм

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, см-3

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, см-3

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, см-3

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, В

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, мкм

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, мкм

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, мкм

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, 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 Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомсм-3 и Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомсм-3. С другой стороны при уменьшении Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом или при увеличении Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом 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 Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомсм-3 => Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомОм·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:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом,


где Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - длина канала, которую принимаем равной минимальной длине Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом. Пример расчета:

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ - при Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомсм-3

Результаты вычислений сведем в таблицу:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, см-3

1014 1015 1016 1017

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, 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:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ –


намного больше, чем напряжение смыкания p-n-переходов.

Скорректируем значение пробивного напряжения, считая искривленные участки на краях маски цилиндрическими, а на углах - сферическими:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом


Результаты вычислений сведем в таблицу:

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, см-3

1014 1015 1016 1017

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, В

293,4 88,9 26,1 7,2

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, В

152,2 61,4 25,3 10,8

Пример расчета:


для Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомсм-3: Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Рис.2. Зависимость максимальных напряжений на стоке от концентрации примесей.


Исходя из найденной ранее концентрации примесей Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомсм-3, имеем наименьшее из полученных напряжений Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ, что удовлетворяет условию задания (Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ).

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:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - эффективный удельный поверхностный заряд в диэлектрике, Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - удельный заряд ионизированных примесей в обедненной области подложки, Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - удельная емкость слоя диэлектрика единичной площади под затвором, Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - контактная разность потенциалов между электродом затвора и подложкой, Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - потенциал, соответствующий положению уровня Ферми в подложке, отсчитываемый от середины запрещенной зоны.

Заряд ионизированных примесей определяется соотношением:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом,


где Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - толщина обедненной области под инверсным слоем при Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом.

Контактная разность потенциалов между электродом затвора и подложкой находится из соотношения:

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом.


Пример расчета:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ - для Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомсм-3

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом Кл/см2

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ


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:

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, см-3

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, В

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, см-3

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, В

Металл электродов

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, эВ

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, 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 4,5 1,28
1013 0,79 0,7·10-8 2,04 Cu 4,4 1,18
1014 0,92 0,8·10-8 2,02 Ag 4,3 1,08
1015 1,22 0,9·10-8 2,00 Au 4,7 1,48
1016 2,08 10-8 1,98 Pt 5,3 2,08

В результате расчетов было получено значение максимальное значение Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ при Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомсм-3. Для того, чтобы получить Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомВ, требуется ввести новый технологический процесс, а именно имплантацию в приповерхностный слой отрицательных ионов акцепторной примеси с зарядом Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом Кл/см-2, которая позволит увеличить пороговое напряжение.


В итоге получаем следующие параметры:

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, см-3

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, см-3

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, эВ

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, мкм

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, Ф/см2

T, K

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, В

107 1016 1,43 0,16 5·10-8 0 0,52

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, эВ

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, эВ

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, эВ

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, В

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, Кл/см2

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, Кл/см2

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, В

4,07 5,307 5,3 -0,0072 5,68·10-8 9,6·10-8 4

Температурная зависимость порогового напряжения:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналомКРасчет МДП-транзистора с индуцированным каналомКРасчет МДП-транзистора с индуцированным каналомК


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, см-3

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, В

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, 10-8 Кл/см2

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, В

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, В


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

1013 0 0,35 0,36 0 0,15 0,15 0,52 0,17 0,16 2,34 2,72 2,73
1014 0 0,41 0,42 0 0,50 0,51 0,52 0,11 0,099 2,34 2,85 2,86
1015 0 0,46 0,48 0 1,69 1,71 0,52 0,051 0,04 2,34 3,15 3,16
1016 0 0,52 0,53 0 5,68 5,75 0,52 -0,0072 -0,02 2,34 4,00 4,03

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом

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:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом,


где Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - крутизна характеристики передачи, Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - заданный ток стока, Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - подвижность носителей заряда в канале при слабом электрическом поле.

Пример расчета:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналоммкм


Результаты вычислений сведем в таблицу:

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, мкм

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, мА/В

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, Кл/см2

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, В

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, Ф/см2

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, см2/ (В·с)

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, мА

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, мкм

4,29 1,2 5,68·10-8 0,52 5·10-8 700 40 9,41

Т.к. ширина канала по величине сравнима с длиной каналу (Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом), то выбираем топологию транзистора с линейной конфигурацией областей истока, стока и затвора.

Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом


V. Расчет выходных статических характеристик МДП-транзистора:

Выходные статические характеристики представляют собой зависимости тока стока от напряжения на стоке при постоянных напряжениях на затворе:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом,


где Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом - критическая напряженность продольной составляющей электрического поля в канале.


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом


На пологом участке вольт-амперной характеристики, т.е. при Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом, воспользуемся следующей аппроксимацией:


Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом,


где

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: