Транзистор (от англ. transfer - переносить и resistor - сопротивление) - электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три (или более) вывода, предназначенный для генерирования и преобразования электрических колебаний. Транзисторы выпускаются в виде дискретных компонентов в индивидуальных корпусах или в виде активных элементов - интегральных схем. Транзисторы делятся на два больших класса - униполярные (полевые или МДП-транзисторы) и биполярные. И в полевых, и в биполярных транзисторах управление током в выходной цепи осуществляется за счет изменения входного напряжения или тока.Первую образуют транзисторы с управляющим p-n-переходом, или переходом "металл - полупроводник" (барьер Шоттки), вторую-транзисторы с управлением посредством изолированного электрода (затвора), т. н. транзисторы МДП ("металл - диэлектрик - полупроводник"). Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом - это полевой транзистор, затвор которого изолирован (то есть отделен в электрическом отношении) от канала p-n-переходом, смещенным в обратном направлении. Электроды полевого транзистора называются следующим образом: · исток (англ. source) - электрод, из которого в канал входят основные носители заряда; В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора может быть отделен от поверхности полупроводникового кристалла. Полевой транзистор с изолированным затвором - это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика.Общие данные e = 1.62*10-19 Кл - заряд электрона, ?0 = 8.85*10-14 Ф/см диэлектрическая проницаемость вакуума, ? = 11.9 - относительная проницаемость Si, ?d = 3.4 - относительная проницаемость диэлектрика, Es = 1.5*104 В/см - продольное электрическое поле в канале, Vt = 1 В - пороговое напряжение. Нарисовать масштабный эскиз и топологию МДП-транзистора в соответствии с заданием. Рассчитать пороговое напряжение МДП-транзистора при заданных исходных данных и = 0 В. Внести изменения в конструкцию транзистора, чтобы обеспечить пороговое напряжение = 1 В. Рассчитать и построить выходные характеристики в приближении идеализированной модели при = 0 В в диапазоне напряжений: 0-5 В; = 0 - 5 В (шаг 1 В)При пороговое напряжение n-МДП-транзистора рассчитывается по формуле (1.1): , (1.1) где: - ?GB - контактная разность потенциалов затвор - подложка,-?G, ?B - их потенциалы соответственно,-Qss - плотность поверхностного заряда на границе диэлектрик-полупроводник,-QSB0 - поверхностная плотность заряда в канале,-CS - удельная емкость диэлектрика. На основе исходных данных рассчитываем компоненты для (1.1): Потенциал подложки Заряд, связанный с ОПЗ полупроводника Заряд, связанный с поверхностными состояниями на границе оксид-кремний Таким образом, при заданных исходных данных обеспечивается пороговое напряжение .В приближении идеализированной модели действие подложки не учитывается, а толщина ОПЗ под затвором считается постоянной и равной . Данные для построения семейства идеальных ВАХ МДП-транзистора представлены в таблице 1.2, а само семейство изображено на рисунке 1.3.Коэффициент влияния подложки: Расчет проведем при , . Ток насыщения IDS определяется из выражения (1.10) при : Пологая область ВАХ Для пологой области расчет ВАХ проводится следующим образом (рисунок 1.4): - рассчитывается эффективная длина канала с учетом насыщения дрейфовой скорости носителей в канале и модуляции длины канала рассчитывается ток стока с учетом предыдущего пункта при строится пологая область ВАХ как линия, проходящая через точкиМалосигнальная эквивалентная схема МДП-транзистора приведена на рисунке 1.6. 1.6 - малосигнальная эквивалентная схема МДП-транзистора Сопротивления между внутренними и внешними узлами: § RG - сопротивление затвора; Емкости определяются режимом работы транзистора по постоянному току: § CGD - диффузионная емкость перехода затвор-сток;С учетом эффекта короткого канала изменение порогового напряжения рассчитывается по формуле 1.16: , (1.16)Расчет реальной ВАХ при VBS=-2В проводится аналогично §2.2.3. Результаты расчета выходной ВАХ рассматриваемого МДП-транзистора при VGS=4B, VDS = 0-5В, VBS =-2B в рамках модели вместе с данными рисунка 1.5 показаны на рисунке 1.7. Крутая область ВАХ: Коэффициент влияния подложки: Расчет проведем для , : ;Рассчитаем малосигнальные параметры эквивалентной схемы, показанной на рисунке 1.6.Наибольший практический интерес представляет изопланарная технология изготовления МДП-структур, особенностью которой является изоляция МДП-структур толстым слоем оксида кремния. Применение этой технологии позволяет совместно формировать на одной подложке как биполярные, так и МДП-структуры. Процесс поэтапного формирования МДП-структуры: а) на поверхности кремниевой подложки р-типа формируют маску из нитрида кремния, через отверстия в которой внедряют ионы бора, в результа
2.10 Краткий технологический маршрут изготовления МДП-структур
Выводы главы интегральный кремниевый транзистор напряжение
Введение
Транзистор (от англ. transfer - переносить и resistor - сопротивление) - электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три (или более) вывода, предназначенный для генерирования и преобразования электрических колебаний. Изобретен в 1948 У. Шокли, У.Браттейном и Дж. Бардином (Нобелевская премия, 1956). На основе транзисторов и их применений выросла широкая отрасль промышленности - полупроводниковая электроника. Транзисторы выпускаются в виде дискретных компонентов в индивидуальных корпусах или в виде активных элементов - интегральных схем.
Транзисторы делятся на два больших класса - униполярные (полевые или МДП-транзисторы) и биполярные. И в полевых, и в биполярных транзисторах управление током в выходной цепи осуществляется за счет изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.). В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин - BJT, bipolar junction transistor).
Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми. [1]
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
