Расчет электрических параметров МДП-транзистора

Задание на курсовую работу

Расчитать выходную ВАХ с учетом эффекта модуляции длины канала и следующие характеристики:

пороговое напряжение;

малосигнальные параметры:

крутизну, динамическое сопротивление сток-исток, коэффициент усиления по напряжению, сопротивление канала в начале координат, граничную частоту усиления;

учесть эффект влияния напряжения смещения подложки на пороговое напряжение;

нарисовать эквивалентную схему;

определить напряжение пробоя затвор-подложка и сток-подложка.

Расчетные данные

Вариант № 17.

Дано:

p-канальный МОП-транзистор с Si* затвором.

hox = 50 нм = 5×10−6 см.

L = 3 мкм = 3×10−4 см.

W = 60 мкм = 6×10−3 см.

xj = 0,5 мкм = 5×10−5 см.

Nsi* = 5×1019 см-3.

Na = 2×1016 см-3.

Nox = 1011 см-2.

________________________.

0 = 8,86×10−14 Ф/см.

SiO2 = 3,5 отн.ед.

Si = 12 отн.ед.

ni = 1,6×1010 см-3.

T = 0,025 В.

=300.

Расчетная часть

Электрические параметры.

1. Проверка на короткоканальность

Lmin=0,4[xjhox (Ws+Wd)2]¼.

k=Tln (NaNSi*/ni2)=0,94 В.

Ws=(20Si*k/(eNa))½=.

=(2*8,86×10−14*12*0,94/(1,6×10−19*2×1016))½.

25,8×10−5 См.

Wd=(20Si*(k+Uст+Uп)/(eNa))½Ws =>

=> Lmin=0,4[5×10−5*5×10−6(2*25,8×10−5)2]¼=.

=0,4[10−19*665,64]¼=3,61×10−5 См.

L=3 мкм >> Lmin=0,36 мкм — транзистор длинноканальный.

2. Пороговое напряжение

U0=ms-Qox/Cox-2F-QB/Cox.

F=T*Ln (Na/ni)=0,025*Ln (2×1016/1,6×1010)=0,36 В.

ms=k=T*Ln (NaNSi*/ni2)=0,025*Ln (1036/2,56×1020)=0,9 В.

Qox=eNox=1,6×10−8 Кл/см2.

Cox=0SiO2/hox=3,5*8,86×10−14/5*10−6=6,2×10−8 Ф.

QB=2(0SiO2eNaF)½=.

=2(3,5*8,86×10−14*1,6×10−19*2×1016*0,36)½= =3,78×10−8 Кл/см2.

U0=0,9−1,6/6,2−2*0,36−3,78/6,2=0,9−0,23−0,72−0,61=.

=-0,66 В.

3. Малосигнальные параметры

k=CoxW/L=300*6,2×10−8*20=3,72×10−4

Все параметры расчитываются при Uзconst=3 В.

Uсconst=2 В.

3.1. крутизна

S=Iс/Uзпри Uс=c.

onst=(Ic2-Ic1)/(Uз2-Uз1)=.

=2,21×10−3/3=7,4×10−4 Ом-1.

3.2. динамическое сопротивление сток-исток

Rd=Uс/Iспри Uз=const=(Uс2-Uc1)/(Ic2-Ic1)=.

=3/(1,27×10−3)=2,36 кОм.

3.3. коэффициент усиления по напряжению

ku=S*Rd =2,36*0,74=1,75.

3.4. сопротивление канала в начале координат

Rk=1/S=1,3 кОм.

3.5. граничная частота усиления

fmax=(Uз-U0)/(2L2)=300*3,66/(6,28*9×10−8)=1,9×109 Гц.

4. Эффект влияния напряжения смещения на U0

U0=qос/Cox={(20SiqNа)½[(s+Uп)½-s½]}/Cox.

s=2F=0,72 В.

U0={(2*8,86×10−14*12*1,6×10−19*2×1016)½[(0,72+Uп)½;

— 0,85]}/(6,2X10−8)={8,2×10−8[(0,72+Uп)½−0,85]}/ /6,2×10−8=1,3*[(0,72+Uп)½−0,85].

Эквивалентная схема Упрощенная эквивалентная схема выглядит следующим образом:

Сзп=0SiWL/hox=36,28×10−14 Ф Сзc=0SiO2S/hox; S=0,1×10−4*W=6×10−8 См2.

Сзc=8,86×10−14*3,5*6×10−8/(5×10−6)=3,72×10−15 Ф Ссп=0SiS*/Ws.

S*=W (2hox+2×10−4)=6×10−3(10−5+2×10−4)=12,6×10−7 См2.

Ссп=8,86×10−14*12*12,6×10−7/(25,8×10−5)=5,2×10−15 Ф Напряжение пробоя затвор-подложка и сток-подложка.

UBс-п=60*(1016/Nп)¾=60*(1016/2×1016)¾=35,3 В.

UBс-п=Eкрhox=6×106*5×10−6=30 В.

Вольт-амперные характеристики

Расчеты Вольт-амперные характеристики МОП-транзистора в крутой области описываются уравнением.

Iс (Uс)=WSiCox[(Uз-U0)Uс-Uс2/2]/L, где Uз-параметр

Iс (Uс)=20*300*6,2×10−8[(Uз-U0)Uс-Uс2/2]=.

=3,7×10−4[(Uз-U0)Uс-Uс2/2].

Построим ВАХ при следующих Uз:

Uз=1 В.

при Uc>2 В начинается пологая область.

Uз=2 В.

при Uc>3 В начинается пологая область.

Uз=3 В.

при Uc>4 В начинается пологая область.

Uз=4 В.

при Uc>5 В начинается пологая область.

Результаты.

Выводы

принцип действия МОП-транзистора основан на модуляции электрического сопротивления канала напряжением затвор-исток;

пороговое напряжение зависит от типа канала транзистора;

выходные характеристики МОП-транзистора делятся на крутую и пологую области. В пологой области ток стока слабо зависит от напряжения сток-исток и при некоторых допущениях может считаться постоянным;

транзистор напряжение канал модуляция.

Курс лекций по физике полупроводниковых приборов Родионов Ю. П. «Полевые приборы. Методические указания по решению задач по физике п/п приборов»,.

МИЭТ 1989 г.

Старосельский В.И. «Физика МДП-транзисторов»,.

МИЭТ 1992 г.