Реферат: Расчетная работа. КМОП схема И-НЕ



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

1. Описать принцип работы схемы.

2. Выбрать и описать технологию изготовления схемы.

3. Нарисовать топологию и разрез схемы.

4. Рассчитать параметры элементов схемы.

5. С помощью программы P-Spice рассчитать:

а) передаточную характеристику схемы;

б) переходную характеристику схемы;

в) статическую и динамическую мощности, потребляемые схемой.

1. Нарисовать топологию всей схемы.

1. 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 T_2, а к входу 2 – Т_2. Тогда n-канальный транзистор, подключенный к входу 1 – T_1, а к входу 2 – Т_1.

P-канальные транзисторы Т_2 и Т_2 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 T_1 и Т_1 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.

U_пор=U_si+U_ox-U_ss-U_w

U_si=ln, где N_ак=3,6*10¹⁶см^-3

U_si=(2*0,025/1,6*10^-19)ln(3,6*10¹⁶/1,5*10¹⁶)=0,76 (В)

U_ox=, где С_ох=(_0Si02/xd)

xd – толщина подзатворного диэлектрика

С_ох=(8,85*10^-14*4/0,5*10^-15)=7,08 (), тогда

U_ox=(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.

U_ox=(2_0SiO2gN_ак|2Ф_f| /C_ox), а Ф_f – поверхностный потенциал хар-т искривления уровня Ферми Ф_f=U_si/2=0.38

U_ss=Q_ss/C_ox – падение напряжения на пов-ном заряде

Q_ss=1,4*10^-8 () => U_ss=0,24

U_w=(W_з-о-W_si-o) – напряжение работы выхода

W_з-о(W_Si0)=3,25В++Ф_f(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:

U_w=(1/1,6*10^-19)(3,27-4,18) = -0,91

U_пор=1,34+0,76-0,2-0,91=0,99 (В)

Для p-канального транзистора.

(аналогично n-канальному)

U_пор=U_si+U_ox-U_ss+U_w

U_si=ln, где N_ак=2*10¹⁶см^-3

U_Si=-0,73(В)

U_ox=Q_в/С_ох=(2*8,85*10^-14*12*1,6*10^-19*2*10^-16* (-0,73) /7,08*10^-18)=-0,99(В), т.к.

U_ss=Q_ss/C_ox=0,2 (В)

U_w=(W_з-о-W_si-o)=1,02(В)

Ф_f=U_Si/2=-0,36

Wз-о=3,25+0,55+0,64=4,45, т.к. Ф_f(затвора)=0,025ln(1*10^-21/1,5*10^-10)=0,64 (В)

Wsio= 3,25+0,55-0,366=3,43

U_пор=-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=C_oxd_перW

Cзп=C_oxLW(/(+1))

Cип=Ссп/W_p/n=_0SiS_p/n/W_p/n

_­

W_p/n=2_0SiU_p/n/gN_подл

S_p/n=W*x+x_j(2w+2x)+4x_j²=Wx+x_j(W+x)+2xx_j², где

• L – длина канала, L=Lзатвора-2d_пер=7-2*1=5 мкм

• d_пер-перекрытие затвором области стока (истока)

• Глубина залегания карманов h_i=6 мкм

• Глубина залегания областей стоков и истоков x_j=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

=2g_0siN_a *

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+