5 Розрахунок параметрів і характеристик мдн-транзистора

Початкові дані для розрахунку МДН-транзистора представлені в таблиці 5.1, а графічні пояснення до них - на рисунку 5.1. Розшифровка даних для розрахунку наступна:

Z_k – ширина каналу, см;

d – товщина оксиду під затвором, см;

h_в, h_с – товщина областей витоку і стоку відповідно, см;

L_k, L_в, L_c – довжина каналу, областей витоку і стоку відповідно, см;

N_a – концентрація акцепторної домішки в підкладці, см^-3;

N_пов – концентрація поверхневих зарядів, см^-3;

N _п - концентрація донорної домішки в області витоку(стоку), см^-3;

R_т – тепловий опір корпусу транзистора, К/Вт.

Таблиця 5.1 Початкові дані

Z k , см	d, см	Lk , см	Lв, Lc, см	hв, hс, см	Na , см^-3	Nпов , см^-3	Nп , см^-3	Rт , К/Вт
0.05	0.610^-4	910^-4	1010^-4	310^-4	610^15	10^11	10^18	55

Важливо! Слід звернути увагу, що перед початком розрахунку одиниці довжини необхідно перевести в сантиметри, а одиниці часу — в секунди.

Окрім початкових даних в розрахунку присутні постійні, вказані в розділі 2, а також діелектрична проникність діелектрика (діоксиду кремнію) і різниця робіт виходу електронів в системі метал – затвор – напівпровідник (для каналу n-типу).

Порядок розрахунку параметрів і характеристик МДН-транзистора приведений нижче.

1) Потенціал рівня Фермі:

2) Напруга U:

3) Щільність фіксованого заряду на поверхні розділу діелектрик-напівпровідник:

4) Ширина збідненого прошарку:

5) Щільність заряду нескомпенсованих іонізованих атомів домішки в підкладці:

6) Напруга змикання:

7) Питома ємність “затвор-канал”:

8) Тоді порогова напруга для даного транзистора:

9) По графічних залежностях рухливості носіїв заряду від концентрації домішки (додаток Б) при відомій концентрації донорної домішки в каналі транзистора N_п визначаємо рухливість основних (електронів, оскільки канал n-типу) носіїв заряду по залежності :

10) Максимальна крутизна МДН-транзистора:

де U_звmax дорівнює 15В і обираєтся за умови роботи приладу у ключовому режимі.

11) Паразитні ємності “затвор-витік” і “затвор-стік”:

12) Питомий опір каналу:

13) Опори стоку і витоку:

14) Гранична чатота роботи приладу:

15) Максимальна потужність, що розсіюється в кристалі:

15) Коефіцієнт К є характеристичним параметром МДН-транзистора і залежить від його геометрії і електрофізичних властивостей:

16) Для побудови предаточної характеристики транзистора у відповідний аналітичний вираз

(5.1)

підставляються 5-7 значень напруги «затвор-витік» U_ЗВ починаючи від U_пор (U_ЗВ змінювати з кроком 1В або 2В).

Результати розрахунку приведені в таблиці 5.2, а побудована по ним залежність – на рисунку 5.2.

Таблиця 5.2 Залежність

UЗВ, В	0.63	1.63	2.63	3.63	4.63	5.63	6.63	7.63
IC, мA	0	0.042	0.17	0.38	0.68	1.065	1.53	2.09

17) Аналітичні вирази для сімейства стокових (вихідних) характеристик МДН-транзистора :

-для крутої ділянки ВАХ

(5.2)

-для області насичення

. (5.3)

У режимі насичення (U_СВ> U_{СВ НАС}) струм I_C набуває постійного значення і для заданого значення напруги U_ЗВ визначається згідно з виразом (5.1).

Для побудови сімейства стокових характеристик виконується наступна послідовність дій:

-задаються 3-4 значення напруги U_ЗВ починаючи від U_пор з кроком 1-2В (див. пункт 16);

-для кожного значення U_ЗВ, в свою чергу:

--визначається напруга насичення згідно з виразом (5.3);

--задаючи від 0 до (близько 5 значень), визначаються відповідні значення струмів стоку для побудови крутої ділянки характеристики згідно з виразом (5.2);

--для побудови ділянки насичення задається декілька значень напруги , для яких струм набуває постійного значення і визначається згідно з виразом (5.1).

Результати розрахунків, проведених відповідно до наведеного алгоритму, приведені в таблиці 5.3. Відповідне сімейство стокових характеристик наведене на рисунку 5.3.

Таблиця 5.3 Результати розрахунку стокових характеристик

UЗВ = 2.63 В, UСВ НАС = 2 В
UСВ, В	0	0.5	1	1.5	2	4	6	8	9	10
IС , мA	0	0.07	0.13	0.16	0.17	0.17	0.17	0.17	0.17	0.17
UЗВ = 4.63 В, UСВ НАС = 4 В
UСВ, В	0	1	2	3	4	5	6	7	8	10
IС , мA	0	0.3	0.51	0.64	0.68	0.68	0.68	0.68	0.68	0.68
UЗВ = 6.63 В, UСВ НАС = 6 В
UСВ, В	0	1	2	3	4	5	6	7	8	10
IС , мA	0	0.47	0.85	1.14	1.35	1.49	1.53	1.53	1.53	1.53
UЗВ = 8.63 В, UСВ НАС = 8 В
UСВ, В	0	1	2	3	4	5	6	7	8	10
IС , мA	0	0.64	1.19	1.66	2.04	2.34	2.56	2.68	2.73	2.73