2015-07-04
298
I. Для каждого из вариантов работы задаются параметры МДП структуры, необходимые для проведения расчетов (см. табл.4.1 - 4.3):
· полупроводниковый материал – германий, кремний и арсенид галлия;
· концентрации акцепторов в подложке 
в см-2 ;
· длина 
и ширина канала 
в мкм;
· диэлектрическая проницаемость 
применяемого в МДП структуре изолятора, заметим, что тип выбранного изолятора не связан с технологией изготовления транзистора и рассматривается в качестве примера используемого материала при проведении расчетов.
II. По формуле (4.1) определяют пороговое значение поверхностного потенциала 
, соответствующее инверсии проводимости приповерхностного слоя полупроводника.
III. По формуле (4.2) определяют величину порогового напряжения на затворе, соответствующего формированию проводящего n- канала в полупроводниковой подложке.
IV. Для заданных параметров структуры по формулам (4.7) и (4.8) определяют удельную крутизну 
и крутизну 
стоко-затворной характеристики МДП транзистора при значении напряжения на затворе, соответствующем 
1 В.
V. По формулам (4.3) и (4.4) производят расчет и построение зависимости тока в канале 
от напряжения на стоке 
при заданных напряжениях на затворе 
и значениях 
= 1В; 2В; 3В; 4В и 5В. Для каждого из значений 
производится расчет величин напряжения насыщения 
, позволяющего определить зависимости в крутой (4.3) и пологой (4.4) областях стоковой характеристики.
VI. По формулам (4.3) и (4.4) производят расчет и построение зависимости тока в канале 
от напряжения на затворе при заданных напряжениях на стоке 
1В; 5В и 10В и вычисленных значениях 
.
VII. По формулам (4.9) определяют толщину обедненного слоя стокового перехода и составляется заключение о возможном влиянии эффекта модуляции длины канала на параметры и характеристики МДП транзистора. При этом необходимо оценить напряжение на стоке , при котором транзистор переходит в режим формирования короткого канала.
Таблица 4.1. Электрофизические параметры полупроводников,
используемых в расчетных МДП структурах
| Параметр полупроводниковой структуры | Полупроводник | ||
| Si | Ge | GaAs | |
Диэлектрическая проницаемость
 , отн. ед.
| 10,9 | ||
Собственные концентрации электронов и дырок при  300 К  и  , см-3
| 2,5´1013 | 2´1010 | 8´106 |
Подвижность электронов  , см2/c В
| |||
Подвижность дырок
 , см2/c В
|
Таблица 4.2. Диэлектрические свойства изоляторов,
используемых для расчета параметров и характеристик
МДП транзистров
| Материал изолятора | Диэлектрическая
проницаемость,
|
Окись кремния 
Электротехническая керамика
Нитрид кремния 
Электроизоляционная пластмасса
Электроизоляционное стекло
Специальная керамика
| 7,5 9,5 |
Таблица 4.3. Исходные данные для проведения расчетов
| № вари-анта | Материал МДП структуры | Концентра-ция примеси в подложке,
 ,
1015, см-3
| Геометрические параметры структуры | |||||
| Длина канала,
, мкм
| Ширина канала,
, мкм
| Толщина диэлектрика,  , мкм
| ||||||
| Подложка | ,
| |||||||
| Si | 4,0 | 1,0 | 0,02 | |||||
| Si | 4,0 | 0,4 | 0,03 | |||||
| Si | 4,0 | 0,6 | 0,04 | |||||
| Si | 4,0 | 0,8 | 0,05 | |||||
| Si | 5,5 | 1,0 | 0,02 | |||||
| Ge | 5,5 | 1,2 | 0,03 | |||||
| Si | 5,5 | 1,4 | 0,04 | |||||
| Si | 7,5 | 1,6 | 0,05 | |||||
| Si | 7,5 | 1,8 | 0,02 | |||||
| Si | 7,5 | 2,0 | 0,03 | |||||
| Si | 7,5 | 2,4 | 0,04 | |||||
| Ge | 5,5 | 2,8 | 0,05 | |||||
| Si | 7,5 | 3,0 | 0,02 | |||||
| Ge | 9,5 | 3,2 | 0,03 | |||||
| Si | 9,5 | 3,4 | 0,04 | |||||
| Si | 9,5 | 3,8 | 0,05 | |||||
| Si | 4,0 | 0,02 | ||||||
| Si | 4,4 | 0,03 | ||||||
| Si | 7,5 | 4,8 | 0,04 | |||||
| Si | 7,5 | 5,0 | 0,05 | |||||
| Ge | 9,5 | 5,2 | 0,02 | |||||
| GaAs | 9,5 | 5,4 | 0,03 | |||||
| Ge | 5,6 | 0,04 | ||||||
| Si | 7,5 | 5,8 | 0,05 | |||||
| Si | 7,5 | 6,0 | 0,03 | |||||
Контрольные вопросы
1. Объяснить механизм формирования проводящего канала в МДП-транзисторе.
2. Дать определение порогового потенциала на поверхности полупроводника и порогового напряжения в идеализированной МДП-структуре.
3. Представить основные методы улучшения параметров МДП-транзисторов.
4. Представить критерии длинного и короткого каналов в МДП-транзисторах.
5. Обосновать выбор материала и толщины слоя диэлектрика для обеспечения необходимых значений напряжения пробоя на затворе и крутизны стоко-затворной характеристики.
6. Пояснить эффект модуляции длины канала при изменении напряжения между стоком и истоком.
Рекомендуемая литература
1. Аваев Н.А., Шишкин Г.Г. Электронные приборы. Учебник для вузов.– Под ред. Г.Г. Шишкина. – М.: Издательство МАИ. 1996. 544 с.
2. Морозова И.Г. Физика электронных приборов: Учебник для вузов. – М.: Атомиздат. 1980. 392 с.
3. Шалимова К.В. Физика полупроводников. Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат. 1985. 392 с.
Работа 5
