Министерство образования РФ.
Московский Государственный Институт
Электроники и Математики
(Технический университет).
Факультет АВТ
Курсовая работа
По дисциплине
Электроника
на тему
«Расчет схемы И-НЕ на КМОП транзисторах»
Вариант №59
Преподаватель:
Выполнила:
Студентка группы С-43
Бондарева А.В.
Москва, 2004 год.
Задание на курсовую работу
Описать принцип работы схемы.
Выбрать и описать технологию изготовления схемы.
Нарисовать топологию и разрез схемы.
Рассчитать параметры элементов схемы.
С помощью программы P-Spice рассчитать:
а) передаточную характеристику схемы;
б) переходную характеристику схемы;
в) статическую и динамическую мощности, потребляемые схемой.
Нарисовать топологию всей схемы.
Сравнить с аналогами, выпускаемыми промышленностью.
Дано
КМОП схема И-Не.
Минимальный размер 3 мкм, толщина окисла 50 нм.
Принцип работы схемы
Пусть p-канальный МОП транзистор, подключенный к входу 1, будет T2, а к входу 2 – Т2. Тогда n-канальный транзистор, подключенный к входу 1 – T1, а к входу 2 – Т1.
P-канальные транзисторы Т2 и Т2 включены параллельно, следовательно, при подаче на затвор только одного из них высокого потенциала U1 другой будет открыт и на выходе будет напряжение отличное от напряжения питания. Если подать на затворы обоих транзисторов высокий потенциал, то оба транзистора будут закрыты.
N-канальные транзисторы T1 и Т1 включены последовательно, следовательно, при подаче на затвор одного из них низкого потенциала об транзистора будут закрыты, и откроются они лишь при подаче высокого потенциала на оба затвора.
Таким образом, при подаче на вход 1 или вход 2 (или на оба) низкого потенциала, по крайней мере один p-канальный транзистор будет открыт, а один n-канальный транзистор будет закрыт, следовательно, на выходе получаем напряжение отличное от напряжения питания. И только при подаче на оба входа высокого напряжения оба p-канальных транзистора будут закрыты, а два n-канальных транзистора открыты, следовательно, на выходе получим напряжение = 0.
|
Вход 1 |
Вход 2 |
Выход |
|
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
Расчет параметров.
Для n-канального транзистора.
Uпор=Usi+Uox-Uss-Uw
Usi=ln, где Nак=3,6*1016см-3
Usi=(2*0,025/1,6*10-19)ln(3,6*1016/1,5*1016)=0,76 (В)
Uox=, где Сох=(0Si02/xd)
xd – толщина подзатворного диэлектрика
Сох=(8,85*10-14*4/0,5*10-15)=7,08 (), тогда
Uox=(2*8,85*10-14*12*1,6*10-19*3,5*10-16*0,38
/7,08*10-18)=1,34
(В), т.к.
Uox=(20SiO2gNак|2Фf|
/Cox),
а Фf
– поверхностный
потенциал хар-т
искривления
уровня Ферми
Фf=Usi/2=0.38
Uss=Qss/Cox – падение напряжения на пов-ном заряде
Qss=1,4*10-8 () => Uss=0,24
Uw=(Wз-о-Wsi-o) – напряжение работы выхода
Wз-о(WSi0)=3,25В++Фf(з-о)(sio)
Фf(затвора Si)=0,025ln(1*10-19/1,5*10-10)=0,53
Wз-о(Si затвор)=3,25+0,55-0,53=3,27
Wsio(p подложка) = 3,25+0,55+0,38=4,18
Следовательно:
Uw=(1/1,6*10-19)(3,27-4,18) = -0,91
Uпор=1,34+0,76-0,2-0,91=0,99 (В)
Для p-канального транзистора.
(аналогично n-канальному)
Uпор=Usi+Uox-Uss+Uw
Usi=ln, где Nак=2*1016см-3
USi=-0,73(В)
Uox=Qв/Сох=(2*8,85*10-14*12*1,6*10-19*2*10-16* (-0,73) /7,08*10-18)=-0,99(В), т.к.
Uss=Qss/Cox=0,2 (В)
Uw=(Wз-о-Wsi-o)=1,02(В)
Фf=USi/2=-0,36
Wз-о=3,25+0,55+0,64=4,45, т.к. Фf(затвора)=0,025ln(1*10-21/1,5*10-10)=0,64 (В)
Wsio= 3,25+0,55-0,366=3,43
Uпор=-0,99-0,73-0,2+1,02=-0,9(В)
Расчет крутизн
K=
|
Для n-канального |
Для p-канального |
|
M=500см2В-1с-1 |
М=200 см2В-1с-1 |
|
K=(500*7,08*10-8*24)/7 |
K=(200*7,08*10-8*60)/7 |
|
K=212,4 мкА/В2 |
K=212,4 мкА/В2 |
Расчет емкостей
Т.к. Kn=Kp => ==>
, т.к. Mns=500 см2В-1с-1, а Mps=200 см2В-1с-1, то пусть
Wn=24 мкм => Wp=Wn*
Сзи=Сзс=CoxdперW
Cзп=CoxLW(/(+1))
Cип=Ссп/Wp/n=0SiSp/n/Wp/n
Wp/n=20SiUp/n/gNподл
Sp/n=W*x+xj(2w+2x)+4xj2=Wx+xj(W+x)+2xxj2, где
L – длина канала, L=Lзатвора-2dпер=7-2*1=5 мкм
dпер-перекрытие затвором области стока (истока)
Глубина залегания карманов hi=6 мкм
Глубина залегания областей стоков и истоков xj=1,2 мкм
Глубина залегания изолирующего слоя hd=2,5 мкм
Ширина изолирующего слоя Wd=20 мкм
Длина области стока (истока) X=3*min=9 мкм
|
Для n-канального |
Для p-канального |
|
Сзи=Сзс=7,08*10-10*1*10-4*24*10-4=16,992*10-15 ф |
Сзи=Сзс=7,08*10-10*1*10-4*60*10-4=4,248*10-14 ф |
|
Сзп=7,08*10-8*5*10-4*24*10-4(0,24/(0,24+1))= =14,16*10-15 ф |
Сзп=7,08*10-8*5*10-4*60*10-4(0,21/(0,21+1))= =3,54*10-14 ф |
|
Wp/n=2*8,8510-1212*1*10-6/1,6*10-19*3,5*1016= =1,948*10-8 м2 |
Wp/n=2*8,8510-1212*1*10-6/1,6*10-19*2*1016= =2,576*10-8 м2 |
|
Sp/n=24*10-6*9*10-6+*1,2*10-6(24*10-6+9*10-6)+ +2(1,2*10-6) 2=3,49*10-10 м2 |
Sp/n=60*10-6*9*10-6+*1,2*10-6(60*10-6+9*10-6)+ +2(1,2*10-6) 2=8,09*10-10 м2 |
|
Сип=Ссп=(8,85*10-12*12*3,49*10-10)/(1,948*10-8)= =1,9*10-14 ф |
Сип=Ссп=(8,85*10-12*12*8,09*10-10)/(2,576*10-8)= =3,34*10-14 ф |
Коэффициент влияния подложки
=2g0siNa
*
Uлог1=Eпит=10В
|
Для n-канального |
Для p-канального |
|
=2*1,6*10-9*8,85*10-14*12*3,5*1016*((10+2*0,38– -2*0,38)/7,08*10*10-8)=0,24 |
=2*1,6*10-9*8,85*10-14*12*2*1016 *((10+2*(-0,366)–-2*0,38)/7,08*10*10-8)=0,21 |
Расчет ВАХ
|
Входная характеристика: |
Выходная характеристика |
|
Ic=k(Uz-Uпор)2/2(1+) |
Ic(Usi) |
|
Триодная область до Uотс |
Пентодная область после Uотс |
|
Ic=k[(Uz-Uпор)*Us-((1+)*Uc2)/2] |
Ic=k(Uz-Uпор)2/2(1+) |
Uотс=(Uz-Uпор)/1+
