Моделирование работы МДП-транзистора в системе MathCad

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Физико-технический факультет

Кафедра полупроводниковой электроники и наноэлектроники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: Моделирование физических процессов в микроэлектронике

Тема: Моделирование работы МДП-транзистора в системе Mathcad

Разработал студент гр. ФТ-101Д.М. Жуков

Руководитель А.В. Арсентьев

2010

Содержание

Ведение

1. Полевые транзисторы, их классификация, принцип действия

1.1 Классификация полевых транзисторов

1.2 Принцип действия полевого транзистора с индуцированным каналом

2. Моделирование работы МДП-транзистора

2.1 Теоретическое обоснование компьютерной модели

2.2 Компьютерная модель

Заключение

Список литературы

Введение

В современной цифровой электронике наиболее распространены полевые транзисторы. Это связано с тем, что на полевых транзисторах возможна реализация комплиментарных МОП-структур. Преимущество таких структур в их быстродействии и малой потребляемой мощности. В связи с этим необходимы корректные модели МОП-транзисторов, чтобы было возможно проектирование все более усложняющихся цифровых устройств.

При проектировании схем на полевых транзисторах необходимо знать как выглядит ВАХ транзистора. Этот параметр закладывается в ходе проектирования структуры транзистора. Чтобы предсказать поведение ВАХ нужно знать, какие процессы происходят в структуре при изменении прикладываемых к ней напряжений. Одним из таких процессов, напрямую влияющих на вид ВАХ транзистора, является изменение толщины обедненной области пространственного заряда (ОПЗ) и, следовательно, геометрии канала при изменении напряжения на стоке.

В данной работе будет построена компьютерная модель зависимости толщины ОПЗ от приложенного к току напряжения.

1. Полевые транзисторы, их классификация, принцип действия

1.1 Классификация полевых транзисторов

Полевыми транзисторами называются полупроводниковые приборы (ППП), работа которых основана на модуляции сопротивления слоя полупроводникового материала поперечным электрическим полем.

Протекание электрического тока в полевых транзисторах обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие транзисторы называют также униполярными в отличие от биполярных.

По физическим эффектам, лежащим в основе управления носителями заряда, полевые транзисторы бывают трех видов: с управляющим p-n-переходом, с управляющим переходом металл полупроводник и со структурой металл–диэлектрик–полупроводник (МДП-транзисторы).

В полевых транзисторах в качестве полупроводникового материала используют в основном кремний и арсенид галлия, в качестве металлов: алюминий, молибден, золото; в качестве диэлектрика оксид кремния SiО₂ в МОП-транзисторах или сложные структуры, например SiO₂ –Al₂ O₃ , SiO₂ –Si₃ N₄ в МДП-транзисторах.

МДП-транзисторы по способу образования канала подразделяются на транзисторы со встроенным каналом (канал создается при изготовлении) и с индуцированным каналом (канал возникает под действием напряжения, приложенного к управляющим электродам). В современных цифровых интегральных схемах (ИС) наиболее распространены МДП-трнзисторы с индуцированным каналом.

По типу проводимости МДП-транзисторы делятся на транзисторы с каналом n-типа и каналом p-типа.

Полевые транзисторы проще биполярных по структуре, кроме того им присущ ряд ценных качеств:

- производство этих приборов проще, они имеют меньшие габариты и можно добиться более высокой степени интеграции ИС;

- потребляемая ими мощность меньше, чем у биполярных транзисторов (мощность, потребляемая МОП - транзисторами, составляет единицы нановатт, в то время как биполярные транзисторы потребляют единицы милливатт);

- применение полевых транзисторов улучшает экономические показатели изделий;

- характерной особенностью полевых транзисторов является высокое входное сопротивление (свыше 10 МОм) и высокий коэффициент усиления по напряжению;

- на базе полевых транзисторов легко создавать запоминающие устройства, работающие за счет накопления зарядов малыми внутренними емкостями;

- надежность полевых транзисторов выше надежности биполярных.

1.2 Принцип действия полевого транзистора с индуцированным каналом

Рассмотрим работу МДП-транзистора с индуцированным каналом p-типа.

Физической основой работы полевого транзистора со структурой металл – диэлектрик – полупроводник (МДП) является эффект поля. Эффект поля состоит в том, что под действием внешнего электрического поля изменяется концентрация свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника.

В полевых приборах со структурой МДП внешнее поле обусловлено приложенным напряжением на металлический электрод – затвор. В зависимости от знака и величины приложенного напряжения присутствуют четыре состояния области пространственного заряда (ОПЗ) полупроводника – обогащение, обеднение, слабая и сильная инверсия.

Полевые транзисторы в активном режиме могут работать только в области слабой или сильной инверсии, т.е. в том слу

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать