Расчёт порогового напряжения МОП транзисторов. Расчёт выходных характеристик управляющего транзистора. Передаточная характеристика инвертора

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северо-Западный государственный заочный технический университет

Кафедра технологии и дизайна радиоэлектронной техники

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Интегральные устройства радиоэлектроники

Тема:

Выполнил студент: Хованский Михаил Юрьевич

Факультет: РЭ

Курс: 4

Специальность: 210201

Шифр: 5540300077

Преподаватель: Цветов В.П.

Оценка:

Подпись преподавателя:

Дата:

Санкт-Петербург

2008

Содержание

Введение

Исходные данные

Анализ задания

Расчётная часть

Заключение

Библиографический список

Введение

Исходные данные

n-МОП транзистор

Концентрация акцепторных примесей в подложке N_A, см ^{– 3}           5 • 10¹⁶

Толщина подзатворного оксида t_ox, нм                                          20

Длина канала L, мкм                                                                        1.0

Поперечная ширина канала W, мкм                                               12

Данные для расчёта нагрузочной кривой:                 W_Н               2 мкм

L_Н        2 мкм

U_DD    4.5 В

Постоянные:                                                       K                 1.38 • 10^-23 Дж/К

q        1.6 • 10^-19 Кулон

ε₀         8.85 • 10^-12

Справочные величины:                                               ε_i                  3.9

ε_s        11.9

n_i        1.5 • 10¹⁰ см^-3

μ_n       0.15

Расчётная часть

Расчёт порогового напряжения МОП транзисторов

Пороговым напряжением U_T МОП транзистора считается напряжение на затворе полевого транзистора, когда на поверхности полупроводника образуется инверсный слой проводимости, создающий проводящий канал от истока к стоку.

Сначала определим объёмный потенциал Ферми полупроводника р-типа.

Теперь найдём удельную ёмкость подзатворного диэлектрика С_ох

Находим пороговое напряжение

Условие смыкания

где U_P – напряжение прокола

Расчёт выходных характеристик управляющего транзистора

а) Таблица токов насыщения при различных значениях напряжения на затворе управляющего транзистора

Для облегчения вычислений, введём коэффициент

Значения U_G: U_G1 = U_T = 1.28В,   U_G2 = 1.5U_T = 1.94В,   U_G3 = 2U_T = 2.58В,

U_G4 = 2.5U_T = 3.23. В,   U_G5 = 3U_T = 3.88В.

UG , В	1.28	1.94	2.58	3.23	3.88
Iнас , мА	1.55•10-4	0.66	2.58	5.85	10.42

б) Семейство вольт-амперных характеристик управляющего транзистора в крутой линейной части рассчитывается по формуле

при различных значениях на затворе U_G1… U_G5 , а значение U_DS – от 0 до U_DD(напряжения питания 4,5В). При U_G1= 1.28 и U_DS= 0.1ВI_нас= 0.019 мА

при UG2= 1.94	UDS , В	0.1	0.15	0.2	0.25
	ID , мА	0.2	0.3	0.4	0.5

при UG3= 2.58	UDS , В	0.1	0.21	0.36	0.51
	ID , мА	0.4	0.84	1.44	2.04

при UG4= 3.23	UDS , В	0.11	0.32	0.54	0.78
	ID , мА	0.7	1.93	3.25	4.7

при UG5= 3.88	UDS , В	0.1	0.3	0.6	1.2
	ID , мА	0.8	2.42	4.83	9.65

МОП транзисторы в качестве нагрузочного элемента

Используя МОП транзистор как резистивный элемент в электрической схеме инвертора, можно уменьшить площадь инвертора и выделение тепла. Транзистор, используемый в качестве нагрузки, отличается от управляющего значительно большим импедансом во включенном состоянии.

рис.1

Найдём U_GSдля нескольких значений I_D, а через U_GS найдём U_ВЫХ  как разность U_DDиU_GS.

Пусть I_D = 0.1 мА = 10 ^{– 4} А

И снова, для облегчения вычислений, введём коэффициент

         

         

         

 Аналогично для остальных значений

	ID , мА	0.1	0.2	0.3	0.4
	UВЫХ , В	2.33	1.96	1.68	1.45

Передаточная характеристика инвертора

Для построения передаточной характеристики графически решается зависимость 

Время переключения инвертора

Динамические характеристики переключающего устройства определяются временем включения и временем выключения управляющего транзистора.

Критерий сильного поля

где C_S – скорость звука

   Напряженность в канале:

 U = 2B,  L = 1 • 10^-6 м

Условия сильного поля в канале выполняются.

Вычисление скорости насыщения:

   где  hv₀ из табличных данных = 0,063 эВ – максимальная энергия оптического фотона колебаний решетки  Si.

   – эффективная масса носителя

    = 0,91 • 10^-30 кг – масса электрона

   где     = 0,98 – продольная эффективная масса электрона

              = 0,19 – поперечная эффективная масса электрона

 Т.к. 1эВ = 1.6•10^-19   Дж

Время пролета канала

    Это время внутренней реакции необходимо сравнивать с временами заряда-разряда емкостей.

   Время заряда емкости C_H (нагрузки) при запертом управляющем транзисторе:

Ф

Крутизна нагрузочного транзистора в области насыщения:

   Время разряда нагрузочной емкости через открывающийся управляющий транзистор:

   Максимальное время задержки – время заряда  -

 Список используемой литературы

Аналоговая и цифровая электроника. Опадчий Ю.Ф.

Полупроводниковые приборы. Пасынков В. В.

Физика полупроводниковых приборов микроэлектроники. Старосельский В.И