работа на тему «Расчет характеристик кмоп транзистрора» по дисциплине «Электроника» Вариант 7 4

nhfypbcnth

МИНИСТЕРСТВО оБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский государственный институт электроники и математики

(Технический университет)

Кафедра “Электроника и электротехника”

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему

«
Расчет характеристик КМОП транзистрора»

по дисциплине «Электроника»

Вариант 74

Выполнил:
Фокин Ю. А. , С-45

Руководитель:
к.т.н., доцент Л.М.Самбурский

Москва 2011

Задание.

Дано:

КМОП схема ИЛИ-НЕ

Минимальный размер 5мкм,

Толщина окисла 60 нм.

Требуется:

1. Описать принцип работы схемы.

2. Выбрать и описать технологию изготовления схемы.

3. Нарисовать структуру транзистора.

4. Рассчитать параметры элементов схемы.

5. С помощью Spice рассчитать:

а) передаточную характеристику схемы;

б) переходную характеристику схемы;

в) потребляемый ток

г) статическую и динамическую потребляемую мощности

6. Нарисовать топологию всей схемы.

7. Сравнить с аналогами, выпускаемыми промышленностью.

1.
Принцип работы схемы.

Таблица истинности для логического элемента ИЛИ-НЕ:

Bxl	Вх2	Вых
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

Т1 и Т2 - n-канальные

ТЗ и Т4 - р-канальные

Уровень логического нуля для КМОП схем приблизительно равен нулю, а уровень логической единицы приблизительно равен Епит
.

Пусть на вход Вх1 подается уровень логической единицы, тогда транзистор Т1 открывается, а ТЗ запирается. Тогда на выходе получается логический ноль, независимо от того, что было подано на вход Вх2.

При подаче логической единицы на вход Вх2 транзистор Т2 открывается, а Т4 запирается. Тогда, аналогично, на выходе получается логический ноль, независимо от того, что было подано на вход Вх1.

Если подаются нули на оба входа, то транзи­сторы Т1 и Т2 будут заперты, а транзисторы ТЗ и Т4 – открыты. Тогда получается, что выход присоединен к питанию, и на выходе мы имеем уровень логической единицы.

2. Технология изготовления схемы.

В изготовлении КМОП-схем применяются технологии самосовмещенного кремниевого затвора и ионного внедрения. Технология самосовмещенного кремниевого затвора подразумевает, что на общей подложек формируются транзисторы с каналами р-типа и n-типа.

Методом фотолитографии из поликристаллического кремния формируют шины затвора шириной 3..5 мкм и проводники первого (если не считать диффузионных шин) слоя межэлементных соединений. Диффузия примесей, производимая после формирования дорожек из ППК. Приводит к формированию областей истоков и стоков и одновременно к легированию ППК, что снижает его поверхностное сопротивление. Шины затвора из ППК защищают при диффузии области каналов от проникновения акцепторной примеси, благодаря чему области истоков и стоков автоматически совмещаются с затвором и обеспечивают перекрытие затвором этих областей менее 1 мкм.

1. Первое окисление.

2. Первая фотолитография.

3. Диффузия бора (загонка).

4. Второе окисление. Разгонка бора.

5. Вторая фотолитография.

6. Диффузия бора (загонка).

7. Третье окисление. Разгонка бора.

8. Третья фотолитография.

9. Диффузия фосфора (загонка).

10. Четвертое окисление. Разгонка фосфора.

11. Четвертая фотолитография (под тонкий окисел).

12. Пятое окисление.

13. Осаждение поликремния.

14. Пятая фотолитография по поликремнию.

15. Шестая фотолитография (под контакты).

16. Осаждения алюминия (металлизация).

17. Седьмая фотолитография по алюминию.

3. Структура транзистора.

4. Расчет параметров элементов схемы.

Для расчетов будем использовать следующие константы, величины и формулы.

- диэлектрическая проницаемость вакуума - диэлектрическая проницаемость кремния - удельная ёмкость подзатворного диэлектрика - толщина окисла(по условию) - диэлектрическая проницаемость окисла SiO2 - потенциал Ферми для n-канального КМОП-транзистора - тепловой потенциал - постоянная Больцмана - комнатная температура - заряд электрона - собственная концентрация носителей в Si - концентрация внедренных в канал n-канального КМОП - транзистора ионов - потенциал Ферми для p-канального КМОП - транзистора - концентрация внедренных в канал p-канального КМОП-транзистора ионов - подвижность электронов вблизи поверхности. - подвижность дырок вблизи поверхности.

Расчет удельной емкости подзатворного диэлектрика, коэффициентов крутизны и размеров канала.

Удельная емкость подзатворного диэлектрика - C
0

Крутизну n-канального КМОП-транзистора:

Крутизна р-канального КМОП-транзистора:

Определим размеры канала:

Для оптимальной работы схемы должно выполняться равенство:

где , - ширина и длина канала n-канального КМОП-транзистора;

, - ширина и длина канала p-канального КМОП-транзистора;

По условию минимальный размер min = 5 мкм.

Пусть = 10 * min = 50мкм, = = 2 * min = 10 мкм.

Тогда выразим и найдем из вышеуказанного равенства:

Расчет порогового напряжение
n
-канального КМОП-транзистора.

Uпор-
n

вычисляется по формуле:

- потенциал Ферми для n-канального КМОП-транзистора.

- разность работ выхода электронов из затвора и полупроводника подложки n-канального КМОП-транзистора.

- потенциал Ферми для затвора n-канального КМОП-транзистора

- концентрация внедренных в затвор n-канального КМОП-транзистора ионов

-плотность заряда на границе раздела Si - SiO2
для структуры кремния;

–
удельная емкость подзатворного диэлектрика (найдено ранее)

Имея теперь все необходимые постоянные и величины, подставляем их в формулу для расчета порогового напряжения n-канального КМОП-транзистора и получаем его значение.

Расчет порогового напряжения
p