АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Розрахунок і конструювання МДН-транзисторів

Читайте также:
  1. I. Розрахунок опору опускних труб
  2. III. Розрахунок корисного напору циркуляції відвідних труб
  3. V. Розрахунок немеханічного обладнання.
  4. VII. Розрахунок площі цеху
  5. Аеродинамічний розрахунок повітропроводів
  6. ГІДРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК НАФТОПРОВОДУ. ВИЗНАЧЕННЯ НЕОБХІДНОЇ КІЛЬКОСТІ НАФТОПЕРЕКАЧУВАЛЬНИХ СТАНЦІЙ
  7. ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ РОЗРАХУНОК
  8. ЗАГАЛЬНИЙ РОЗРАХУНОК ГОДИН ЛЕКЦІЙ,
  9. ЗАГАЛЬНИЙ РОЗРАХУНОК ГОДИН ЛЕКЦІЙ, СЕМІНАРСЬКИХ ЗАНЯТЬ, САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
  10. ЗАГАЛЬНИЙ РОЗРАХУНОК ГОДИН ЛЕКЦІЙ, СЕМІНАРСЬКИХ ЗАНЯТЬ, САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ
  11. Загальні принципи побудови розгорток поверхонь стосовно конструювання одягу
  12. Інженерні методи конструювання

 

Під час виготовлення польових транзисторів з ізольованим затвором в якості діелектрика і напівпровідників використовуються різноманітні матеріали. Вихідний матеріал – кремній n-типу, тип каналу – р-канал. Після прикладання до затвора негативного зміщення вільні електрони, які містяться в Si n-типу, витісняються з прилеглої до затвора області, і в ній утворюється збіднений шар. Після досягнення певного рівня збіднення збільшення зміщення затвора викликає притягання дірок в область каналу. Коли в області каналу збереться достатня кількість дірок, відбудеться інверсія типу провідності. При цьому дві дифузійні області р-типу будуть з’єднані одна з одною за допомогою інверсного шару з провідністю р-типу, який слугує каналом. Прикладаючи до затвора сигнал, можна модулювати кількість носіїв в області каналу так, що затвор, по суті, регулює струм.

 

Вихідними даними для розрахунку є:

 

UЗВ – допустима напруга затвор-витік – не менше Uзатв мах = 129,2 В

UC – напруга живлення стоку – 37 В

ІСφ – середній струм стоку – 40 мкА

ІСімп – імпульсний струм стоку – 4 мА

t – частота зміни інформації – 50 Гц

– опір МДН-транзистора:

Rоткр = 2∙103 Ом при Іроб=5 мА

Rзакр = 2∙109 Ом

UВС – допустима напруга витік-стік – не менше 50 В

Свх – вхідна ємність – не більше 1,68 пФ

UП – порогова напруга – не більше 8 В

– тип каналу – р-канал

S – статична крутизна при Іс = 4 мВ, UСВ = 6 В не менше 0,6 мА/В

 

Вибір питомого опору підкладки. Питомий опір підкладки n-типу вибирається таким, щоб забезпечити необхідну пробивну напругу стоку і витоку, зменшити глибину каналу, індукованого позитивним зарядом, вбудованого в тонкий підзатворний окисел. У випадку високого питомого опору ρ >1 Ом∙см порогова напруга переважно визначається зарядом поверхневих станів, при ρ> 10 Ом∙см порогова напруга сильно залежить від об’ємного питомого опору, і навіть теоретично стає більшою 6 В. Тому здебільшого використовують кремній з питомим опором, рівним 1…10 Ом∙см. Якщо ρ = 7 Ом∙см напруга пробою р-n переходу стоку (стік-підкладка) може бути отримана рівною 150..200 В, в залежності від конфігурації р-n переходу.

 

Вибір товщини діелектрика під затвор. Пробивна напруга затвор-підкладка (і, відповідно, максимальна робоча напруга на затворі U­затв.мах) і крутизна вольт-амперної характеристики МДН-транзистора визначається товщиною двоокису кремнію SiO­2 під затвором. Якщо товщина підзатворного діелектрика збільшується, пробивна напруга зростає, а крутизна – падає. Оптимальною є товщина = 1000…2000 Å. Для розрахунку приймемо товщину δ = 1700 Å. Тоді

Uзатв.пр.= δ∙ЕSiO2 (1)

 

де ЕSiO2=7 МВ/см – напруженість в діелектрику і Uзатв~129,2 В.

Питома ємність діелектрика над каналом СО має значення

(2)

і С0=3,159∙10-4 Ф/м2, де =7– діелектрична проникливість SiO2.

 

Розрахунок порогової напруги. Порогова напруга – це напруга на затворі при якій скомпенсовані заряди поверхневих станів і збідненого шару, а на поверхні утворений потенціал величиною 2φВ

(3)

В – вигин зон поверхні шару об’ємного заряду, при якому концентрація рухомих дірок у каналі перевищує концентрацію електронів і іонізованих донорів.

(4)

де – концентрація донорів(м-3), ni – концентрація електронів у власному н/п в умовах термодинамічної рівноваги (м-3); φB = 0,334 В; Фм-nn – контактна різниця потенціалів матеріалу затвора і матеріалу напівпровідника, за даними, Фм-nn = 0,6 В,

Qфікс – заряд поверхневих станів на межі розділу Si–SiO2. Qфікс = 6,7∙10-5 Кл/м2; Qоб – об’ємний заряд

(5)

Qоб = 4,061∙10-5 Кл/м2

С0 = 3,159∙10-4 Ф/м2 Nq = 23 тоді Uпор = 0,927 В

Проте величини отримані в реальних приладах вищі через неможливість дотримання всіх теоретичних передумов, зокрема, створення досить чистих поверхонь напівпровідника і підзатворного діелектрика.

 

Розрахунок відношення b/l. Геометричні розміри каналу визначаються необхідністю отримання потрібної питомої крутизни β МДН-транзистора:

(6)

де μPSі – рухливість дірок, b – ширина каналу, l – довжина каналу.

статична крутизна визначається в області насичення:

(7)

струм стоку ІС в області насичення пропорційний до квадрата порогової напруги

. (8)

Тоді

(9)

Для забезпечення статичної крутизни gm, питома крутизна β, і, відповідно, b/l, визначаються так:

. (10)

Тоді

, (11)

тобто

Тоді, якщо gm = 3 мА/В і ІС = 5 мА, β = 9∙10-4 А/В2

Відношення b/l, яке визначає геометричні розміри каналу

. (12)

При β = 9∙10-4 А/В2

Со = 3,442∙10-4 Ф/м2

μPSі = 210∙10-4 м2/(В∙с) b/l» 70

При gm=0,5 мА/В, ІС=4 мА відношення b/l» 5.

Якщо довжина каналу l = 15 мкм, ширина каналу b1=3840 мкм, b2=400 мкм.

Якщо довжина каналу l = 12 мкм, ширина каналу b1=2160 мкм, b2=600 мкм.

 

Розрахунок вхідної ємності. Вхідна ємність – це ємність плоского конденсатора з площею пластин, рівною площі затвора.

Свх0∙b∙l (13)

Свх=1,68 пФ при b/l = 70

Свх=0,86 пФ при b/l = 5


1 | 2 | 3 | 4 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.006 сек.)