- •Курсовая работа по предмету: Вакуумная и плазменная электроника
- •Содержание
- •Расчёт электрических характеристик кремниевого интегрального n-канального мдп транзистора
- •Исходные данные. Задание
- •Задание
- •1.2 Структура и топология мдп-транзистора
- •1.3 Расчет и корректировка порогового напряжения транзистора
- •1.4 Расчёт вах в рамках идеализированной модели
- •1.5 Расчёт вах с учётом неоднородности опз под затвором
- •1.6 Малосигнальная эквивалентная схема и ее параметры
- •1.7 Факультативное задание: Расчёт и корректировка порогового напряжения с учётом эффектов короткого и узкого канала
- •1.8 Факультативное задание: Расчёт реальной вах, зависящей от Vbs
- •1.9 Факультативное задание: Расчёт параметров эквивалентной схемы Рассчитаем малосигнальные параметры эквивалентной схемы, показанной на рисунке по рис.1.6:
Задание
1. Нарисовать масштабный эскиз и топологию МДП-транзистора в соответствии с заданием
2. Рассчитать пороговое напряжение МДП-транзистора при заданных исходных данных и = 0.
3. Внести изменения в конструкцию транзистора, чтобы обеспечить пороговое напряжение +1 В.
4. Рассчитать и построить выходные характеристики в приближении идеализированной модели при = 0 в диапазоне напряжений:
0-5 В; = 0 - 5 В (шаг 1 В)
5. Рассчитать выходную характеристику с учётом неоднородности ОПЗ под затвором (реальная ВАХ) при 0-5 В, = 4 В, = 0.
6. Построить выходные ВАХ транзистора в рамках идеальной и реальной моделей при 0-5 В, = 4 В, = 0.
7. Привести малосигнальную эквивалентную схему, объяснить смысл элементов.
Факультативно
8. Провести расчет и корректировку с учетом эффектов короткого и узкого канала.
9. В дополнение к п.6 построить реальную выходную ВАХ для = 4 В, = -2 В. На одном графике совместить следующие ВАХ:
- Идеальная ВАХ при 0-5 В, = 4 В, = 0
- Реальная ВАХ при 0-5 В, = 4 В, = 0
- Реальная ВАХ при 0-5 В, = 4 В, = -2В
10. Рассчитать параметры эквивалентной схемы.
1.2 Структура и топология мдп-транзистора
В соответствии с заданием, транзистор имеет следующие характерные размеры: L=2 мкм, W=30 мкм, d=0.04 мкм, =0.5 мкм.
Масштабный эскиз структуры показан на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Структура исследуемого МДП-транзистора
Масштабная топология прибора показана на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Топология исследуемого МДП-транзистора
1.3 Расчет и корректировка порогового напряжения транзистора
При пороговое напряжение n-МДП-транзистора рассчитывается по формуле:
(1.1)
На основе исходных данных рассчитываем компоненты для данной формулы:
На основании полученных данных, рассчитываем величину порогового напряжения:
Для обеспечения заданной величины порогового напряжения
+1 В необходимо увеличить его на:
+1 - 0,381 = +0,619 В.
Если затвор сделать из р+-Si, то получим
0,381+1,12=1,501В.
Остается добавить +1-1,501=-0,501В.
Так как эта величина отрицательная, то под затвором необходимо выполнить подлегирование поверхности примесью n-типа (мелкими донорами) на глубину
Необходимая доза подлегирования составляет:
Cредняя концентрация доноров в подзатворном слое:
1.4 Расчёт вах в рамках идеализированной модели
В этом приближении действие подложки не учитывается, а толщина ОПЗ под затвором считается постоянной и равной .
(1.2)
где ;
(1.3)
Таблица точек построения графика идеальных ВАХ МДП-транзистора:
,В ,В |
2 |
3 |
4 |
5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0,225 |
0,675 |
1,125 |
1,575 |
2 |
0.225 |
0,9 |
1,8 |
2,7 |
3 |
0.225 |
0,9 |
2 |
3,375 |
4 |
0.225 |
0,9 |
2 |
3,6 |
5 |
0.225 |
0,9 |
2 |
3,6 |
Ток выражен в мА.
Семейство идеальных ВАХ МДП-транзистора показано на рисунке 1.3:
Рисунок 1.3 – Семейство ВАХ МДП-транзистора в рамках идеальной модели
- ток стока;
- напряжение сток-исток;
1 - ВАХ МДП-транзистора для ;
2 - ВАХ МДП-транзистора для ;
3 - ВАХ МДП-транзистора для ;
4 - ВАХ МДП-транзистора для ;