Расчет МДП-транзистора с индуцированным каналом (150746)

Посмотреть архив целиком

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.



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 (), 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:


В, => нм


в) выбор длины канала:

Минимальную длину канала длинноканального транзистора можно определить из соотношения:


,


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

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


,

где В, , ,

В


мкм

мкм

мкм


Результаты вычислений сведем в таблицу:

, мкм

, см-3

, см-3

, см-3

, В

, мкм

, мкм

, мкм

, 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 см-3 и см-3. С другой стороны при уменьшении или при увеличении 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 см-3 => Ом·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:


,


где - длина канала, которую принимаем равной минимальной длине . Пример расчета:

В - при см-3

Результаты вычислений сведем в таблицу:


, см-3

1014

1015

1016

1017

, 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:


В –


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

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




Результаты вычислений сведем в таблицу:

, см-3

1014

1015

1016

1017

, В

293,4

88,9

26,1

7,2

, В

152,2

61,4

25,3

10,8


Пример расчета:


для см-3: В

В


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


Исходя из найденной ранее концентрации примесей см-3, имеем наименьшее из полученных напряжений В, что удовлетворяет условию задания (В).

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:



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

Заряд ионизированных примесей определяется соотношением:


,


где - толщина обедненной области под инверсным слоем при .

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

.


Пример расчета:


В - для см-3

Кл/см2

В

В


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:

, см-3

, В

, см-3

, В

Металл электродов

, эВ

, 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 В при см-3. Для того, чтобы получить В, требуется ввести новый технологический процесс, а именно имплантацию в приповерхностный слой отрицательных ионов акцепторной примеси с зарядом Кл/см-2, которая позволит увеличить пороговое напряжение.


В итоге получаем следующие параметры:

, см-3

, см-3

, эВ

, мкм

, Ф/см2

T, K

, В

107

1016

1,43

0,16

5·10-8

0

0,52


, эВ

, эВ

, эВ

, В

, Кл/см2

, Кл/см2

, В

4,07

5,307

5,3

-0,0072

5,68·10-8

9,6·10-8

4


Температурная зависимость порогового напряжения:


Случайные файлы

Файл
50322.rtf
CBRR2439.DOC
30128-1.rtf
23778-1.rtf
28162-1.RTF




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.