Курсовой проект Рындин / 9206_Талгатулы_Рощин_Зокиров_Работа№5

Цель работы: расчет и построение семейства выходных и проходных ВАХ

интегрального МДП транзистора на основе аналитической физико-

топологической модели и исходных данных, указанных в варианте задания.

Основные теоретические положения:

Полевые транзисторы – это полупроводниковые приборы, усилительные свойства которых обусловлены потоком основных носителей заряда, протекающих через проводящий канал, управляемым электрическим полем. В создании электрического тока участвуют носители заряда только одного типа. Классические полевые транзисторы бывают двух видов: с управляющим p-n- переходом, со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП).

Рис. 1. – Конструктивное изображение интегрального МДП

транзистора.

Различают два основных вида МДП транзисторов:

1) С индуцированным каналом: При напряжении на затворе

относительно истока, равном нулю, и при наличии напряжения на стоке ток стока

оказывается ничтожно малым. Он представляет собой обратный ток р-n-перехода

между подложкой и сильнолегированной областью стока. При отрицательном

потенциале на затворе в результате проникновения электрического поля через

диэлектрический слой в полупроводник при малых напряжениях на затворе. У

2

поверхности полупроводника под затвором возникают обедненный основными носителями заряда слой и область объемного заряда, состоящая из ионизированных некомпенсированных примесных атомов. При напряжениях на затворе, больших порогового, у поверхности полупроводника под затвором возникает инверсный слой, который и является проводящим каналом между истоком и стоком. С изменением напряжения на затворе изменяется концентрация носителей заряда в проводящем канале, а также толщина или поперечное сечение проводящего канала, т. е. происходит модуляция сопротивления проводящего канала. Основной причиной модуляции сопротивления проводящего канала в МДП транзисторах с индуцированным каналом является изменение концентрации носителей заряда в проводящем канале; в полевых транзисторах с управляющим переходом — изменение толщины или поперечного сечения канала.

Рис. 2. – Структура МДП с индуцированным каналом.

2) Со встроенным каналом: При нулевом напряжении на затворе и наличии внешнего напряжения между стоком и истоком протекает ток стока.

Отрицательное напряжение, приложенное к затвору относительно истока и подложки, будет выталкивать электроны из канала, а в канал втягивать дырки из подложки. В результате канал обедняется носителями, толщина канала и его

3

электропроводность уменьшается, что приводит к уменьшению тока стока. При некотором отрицательном напряжении на затворе, называемом напряжением отсечки, происходит инверсия типа электропроводности канала. Области истока и стока оказываются разделенными областью р-полупроводника.

Рис. 3. – Структура МДП со встроенным каналом.

При расчете данной модели будут учиваться три случая:

1)Не учитывая зависимости длины канала от напряжения.

2)Учитывая зависимость длины канала от напряжения только при напряжениях на затворе больше порогового.

3)Учитывая зависимость длины канала от напряжения для всех участков ВАХ.

Код программы:

clear all close all clc warning off const;

structure_transistor_mdp; Qd=0;

fiMP=0;

Up=0;

mun = 350;

mun = mun*1e-4; Lambda = 0.23*1e-6; L = 1*Lambda;

W= 4*Lambda; H_diel = 10 * 1e-9; C0=eps0*eps/H_diel; Sx = 50;

4

Uz_L = 5;

Uc_L = 5;

U_z= 0:0.5:Uz_L;

U_c = 0:Uc_L/Sx:Uc_L; fi_f=ft*log(NA/ni); a=sqrt(2*eps0*eps*q*NA); U_porog = 1.4;

I_c = zeros(length(U_z),length(U_c)); for i=1:length(U_z)

U_n = U_z(i) - U_porog; for j=1:length(U_c)

if U_z(i) >= U_porog if U_c(j) <= U_n

I_c(i,j)=(mun*C0*W/L)*((U_z(i)-2*fi_f)*U_c(j)-U_c(j)^2/2- (2/3*a/C0)*((2*fi_f+U_c(j))^1.5-(2*fi_f)^1.5));

else

I_c(i,j)=(mun*C0*W/L)*((U_z(i)-2*fi_f)*U_n-U_n^2/2- (2/3*a/C0)*((2*fi_f+U_n)^1.5-(2*fi_f)^1.5));

end else

I_c(i,j)=0;

end

end

end subplot(1,2,1)

plot(U_c,I_c,'LineWidth',2) xlabel('V_c, v','FontSize',16) ylabel('I_c, A','FontSize',16) grid on

subplot(1,2,2) plot(U_z,I_c,'LineWidth',2) xlabel('V_z, v','FontSize',16) ylabel('I_c, A','FontSize',16) grid on

set(gcf, 'Position', [18.6000 239.4000 1.3928e+03 496]) print(gcf,'-djpeg','model_1')

for i=1:length(U_z)

U_n = U_z(i) - U_porog; for j=1:length(U_c)

Lef = L- sqrt(2*eps*eps0*(U_c(j) - U_n)/(q*NA)); if U_z(i) >= U_porog

if U_c(j) <= U_n I_c(i,j)=(mun*C0*W/L)*((U_z(i)-2*fi_f)*U_c(j)-U_c(j)^2/2-

(2/3*a/C0)*((2*fi_f+U_c(j))^1.5-(2*fi_f)^1.5)); else

I_c(i,j)=(mun*C0*W/Lef)*((U_z(i)-2*fi_f)*U_n-U_n^2/2- (2/3*a/C0)*((2*fi_f+U_n)^1.5-(2*fi_f)^1.5));

end else

I_c(i,j)=0;

end

end

end figure

subplot(1,2,1) plot(U_c,I_c,'LineWidth',2) xlabel('V_c, v','FontSize',16)

5

ylabel('I_c, A','FontSize',16) grid on

subplot(1,2,2) plot(U_z,I_c,'LineWidth',2) xlabel('V_z, v','FontSize',16) ylabel('I_c, A','FontSize',16) grid on

set(gcf, 'Position', [18.6000 239.4000 1.3928e+03 496]) print(gcf,'-djpeg','model_2')

for i=1:length(U_z)

U_n = U_z(i) - U_porog; for j=1:length(U_c)

Lef = L- sqrt(2*eps*eps0*(U_c(j))/(q*NA)); if U_z(i) >= U_porog

if U_c(j) <= U_n I_c(i,j)=(mun*C0*W/Lef)*((U_z(i)-2*fi_f)*U_c(j)-U_c(j)^2/2-

(2/3*a/C0)*((2*fi_f+U_c(j))^1.5-(2*fi_f)^1.5)); else

I_c(i,j)=(mun*C0*W/Lef)*((U_z(i)-2*fi_f)*U_n-U_n^2/2- (2/3*a/C0)*((2*fi_f+U_n)^1.5-(2*fi_f)^1.5));

end else

I_c(i,j)=0;

end

end

end figure

subplot(1,2,1) plot(U_c,I_c,'LineWidth',2) xlabel('V_c, v','FontSize',16) ylabel('I_c, A','FontSize',16) grid on

subplot(1,2,2) plot(U_z,I_c,'LineWidth',2) xlabel('V_z, v','FontSize',16) ylabel('I_c, A','FontSize',16) grid on

set(gcf, 'Position', [18.6000 239.4000 1.3928e+03 496]) print(gcf,'-djpeg','model_3')

Представим результаты программного кода в виде графиков для трех

случаев:

6

Рис. 4. – Статические характеристики МДП-транзистора слева – выходные; справа – передаточные.

Рис. 5. – Статические характеристики МДП-транзистора слева – выходные; справа – передаточные.

Рис. 6. – Статические характеристики МДП-транзистора слева – выходные; справа – передаточные.

7

Вывод: При моделировании для третьего случае можно сделать вывод, что

при учете модуляции канала статические характеристики получаются ближе к

реальным.

8