Контрольная по ФОЭТ 18(48) (ПЭ, заочная ИИТ, 2011)
.docx48. Почему использование диода Шоттки в ТТЛ ИС намного уменьшает время задержки на вентиль?
В ТТЛШ используются транзисторы Шоттки, в которых барьер Шоттки не позволяет транзистору войти в режим насыщения в результате чего диффузионная ёмкость мала и задержки переключения малы, а быстродействие высокое.
Транзисторы Шоттки отличаются от обычных тем, что они не входят в глубокое насыщение, следовательно, в их базах в открытом состоянии накапливается мало носителей заряда, и в результате время их рассасывания меньше обычного.
Эффект Шоттки снижает напряжение открывания кремниевого р-n перехода от обычных 0,5…0,7 В до 0,2…0,3 В и значительно уменьшает время жизни неосновных носителей в полупроводнике. Эффект Шоттки основан на том, что в р-n переходе или рядом с ним присутствует очень тонкий слой металла, богатый элементами, свободный носителями.
При открывании транзистора базовый ток нарастает только до значения, лежащего на границе активного режима и области насыщения, а весь избыточный ток отводится через открытый диод Шоттки через коллектор и эмиттер открытого транзистора на землю.
Чем сильнее откроется транзистор, т.е. тем меньше падение напряжения коллектор-эмиттер, тем больший ток отводится через диод Шоттки, минуя базу, на землю. Это приведет к закрыванию транзистора, т.к. уменьшение тока базы закрывает транзистор. Так образуется обратная связь, саморегулирующая режим работы транзистора, удерживая его от глубокого насыщения.
Условие задач, имеющих номера с 37 по 50
Рассчитать величину порогового напряжения Uпор и частоту отсечки кремниевых МОП – транзисторов со следующими параметрами
Тип канала n или p |
Тип затво-ра |
Толщина подзатвор-ного диэлектрика d, нм |
Концентрация примеси в подложке Nn, см-3 |
Плотность поверхност-ных состояний Nnс, см-2 |
Длина канала L, мкм |
Напря-жение на затворе, Uзи |
Эффективная подвижность носителей в канале µ, см2\В*с |
Темпера-тура, К |
Вариант |
p |
n-поли-кремний |
40 |
1016 |
1010 |
4 |
Uзи=2Uпор |
200 |
400 |
48 |
Дано: Канал р-типа d=40 нм=40*10-7 см Nn=1016cм-3 Nnc=1010см-2 L=4мкм=4*10-4см Uзи=2Uпор µ=200см2/В*с |
Т=400 К ni=1.6*1010
Uпор=? fТ=? |
Решение:
Uпор=φмп-Qпс/С0± Qос/С0± Qк/С0,
где φмп – разность работ выхода металл затвора - полупроводник (в вольтах);
Qпс – удельный заряд плотности поверхностных состояний;
Qос – удельный заряд обеднённого слоя;
Qк – удельный заряд, необходимый для образования канала;
С0 – удельная ёмкость затвора
Для алюминиевого затвора: φмп=-0,6 ±φF.
Для поликремниевого затвора n+ - типа: φмп= - φg /2±φF.
Для поликремниевого затвора p+ - типа: φмп= φg /2±φF.
Знак “-“ подставляется в выражение для определения φмп транзистора с p-подложкой, а знак “+“ подставляется для определения φмп транзистора с n-подложкой.
φF – разница энергий между уровнем Ферми и серединой запрещенной зоны.
φF=kT/q*ln Nп/ni;
φg – Ширина запрещенной зоны полупроводника в вольтах.
φg=1,11 эВ для кремния
φмп
φмп Знак «+» перед величинами правой части выражения для определения Uпор подставляется для n-канальных МОП-транзисторов, а знак «-» для p-канальных.
С0=εε0/d, Qпс=q*Nnc, Qк=2φF;
Qос=q*Nn*Xdэ; Xd =(2*εε0*2 φF / q*Nn)1/2,
где d - толщина подзатворного диэлектрика, Nnc – потность поверхностного состояния.
Uпор=
Uпор=-0,095-
Частота отсечки fT определяется выражением:
fT=µэфф*( Uзи-Uпор)/2πL2
fT=200(2*1,127-1,127)/2*3,14(4*10)-4=2,24*108=224 МГц
Ответ: Uпор=-1,127 В
fT =224 МГц
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТЫ
-
Завражнов В.К. и др. Мощные ВЧ транзисторы, М., Радио и связь
-
Никишин В.И. и др. Проектирование и технология производства мощных СВЧ транзисторов, М., Радио и связь.