Контрольная по ФОЭТ 18(48) (ПЭ, заочная ИИТ, 2011)

48. Почему использование диода Шоттки в ТТЛ ИС намного уменьшает время задержки на вентиль?

В ТТЛШ используются транзисторы Шоттки, в которых барьер Шоттки не позволяет транзистору войти в режим насыщения в результате чего диффузионная ёмкость мала и задержки переключения малы, а быстродействие высокое.

Транзисторы Шоттки отличаются от обычных тем, что они не входят в глубокое насыщение, следовательно, в их базах в открытом состоянии накапливается мало носителей заряда, и в результате время их рассасывания меньше обычного.

Эффект Шоттки снижает напряжение открывания кремниевого р-n перехода от обычных 0,5…0,7 В до 0,2…0,3 В и значительно уменьшает время жизни неосновных носителей в полупроводнике. Эффект Шоттки основан на том, что в р-n переходе или рядом с ним присутствует очень тонкий слой металла, богатый элементами, свободный носителями.

При открывании транзистора базовый ток нарастает только до значения, лежащего на границе активного режима и области насыщения, а весь избыточный ток отводится через открытый диод Шоттки через коллектор и эмиттер открытого транзистора на землю.

Чем сильнее откроется транзистор, т.е. тем меньше падение напряжения коллектор-эмиттер, тем больший ток отводится через диод Шоттки, минуя базу, на землю. Это приведет к закрыванию транзистора, т.к. уменьшение тока базы закрывает транзистор. Так образуется обратная связь, саморегулирующая режим работы транзистора, удерживая его от глубокого насыщения.

Условие задач, имеющих номера с 37 по 50

Рассчитать величину порогового напряжения U_пор и частоту отсечки кремниевых МОП – транзисторов со следующими параметрами

Тип канала n или p	Тип затво-ра	Толщина подзатвор-ного диэлектрика d, нм	Концентрация примеси в подложке Nn, см^-3	Плотность поверхност-ных состояний Nnс, см^-2	Длина канала L, мкм	Напря-жение на затворе, Uзи	Эффективная подвижность носителей в канале µ, см^2\В*с	Темпера-тура, К	Вариант
p	n-поли-кремний	40	10^16	10^10	4	Uзи=2Uпор	200	400	48

Дано:

Канал р-типа

d=40 нм=40*10^-7 см

N_n=10¹⁶cм^-3

N_nc=10¹⁰см^-2

L=4мкм=4*10^-4см

U_зи=2U_пор

µ=200см²/В*с

Т=400 К

n_i=1.6*10¹⁰

U_пор=?

f_Т=?

Решение:

U_пор=φ_мп-Q_пс/С₀± Q_ос/С₀± Q_к/С₀,

где φ_мп – разность работ выхода металл затвора - полупроводник (в вольтах);

Q_пс – удельный заряд плотности поверхностных состояний;

Q_ос – удельный заряд обеднённого слоя;

Q_к – удельный заряд, необходимый для образования канала;

С₀ – удельная ёмкость затвора

Для алюминиевого затвора: φ_мп=-0,6 ±φ_F.

Для поликремниевого затвора n+ - типа: φ_мп= - φ_g /2±φ_F.

Для поликремниевого затвора p+ - типа: φ_мп= φ_g /2±φ_F.

Знак “-“ подставляется в выражение для определения φ_мп транзистора с p-подложкой, а знак “+“ подставляется для определения φ_мп транзистора с n-подложкой.

φ_F – разница энергий между уровнем Ферми и серединой запрещенной зоны.

φ_F=kT/q*ln N_п/n_i;

φ_{g – Ширина запрещенной зоны полупроводника в вольтах.}

φ_g=1,11 эВ для кремния

φ_мп

φ_мп Знак «+» перед величинами правой части выражения для определения U_пор подставляется для n-канальных МОП-транзисторов, а знак «-» для p-канальных.

С₀=εε₀/d, Q_пс=q*N_nc, Q_к=2φ_F;

Q_ос=q*N_n*X_dэ; X_d =(2*εε₀*2 φ_F / q*N_n)^1/2,

где d - толщина подзатворного диэлектрика, N_nc – потность поверхностного состояния.

U_пор=

U_пор=-0,095-

Частота отсечки f_T определяется выражением:

f_T=µ_эфф*( U_зи-U_пор)/2πL²

f_T=200(2*1,127-1,127)/2*3,14(4*10)^-4=2,24*10⁸=224 МГц

Ответ: U_пор=-1,127 В

f_T =224 МГц

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТЫ

1. Завражнов В.К. и др. Мощные ВЧ транзисторы, М., Радио и связь

2. Никишин В.И. и др. Проектирование и технология производства мощных СВЧ транзисторов, М., Радио и связь.