.

Расчет униполярного транзистора (курсовая)

Язык: русский
Формат: курсова
Тип документа: Word Doc
0 300
Скачать документ

Содержание

Стр.

1 Принцип действия полевого транзистора

2 Вольт-фарадная характеристика МОП-структуры

3 Расчет стоковых и стокозатворных характеристик

4 Определение напряжения насыщения и напряжения отсечки

5 Расчет крутизны стокозатворной характеристики и проводимости канала

6 Максимальная рабочая частота транзистора

1 Принцип действия транзистора

В отсутствии смещений (UЗ =0, UС =0) приповерхностный слой
полупроводника обычно обогащен дырками из-за наличия ловушек на границе
кремний – оксид кремния и наличия положительных ионов в пленке
диэлектрика. Соответственно энергетические зоны искривлены вниз, и
начальный поверхностный потенциал положительный. По мере роста
положительного напряжения на затворе дырки отталкиваются от поверхности.
При этом энергетические зоны сначала выпрямляются, а затем искривляются
вниз, т.е. поверхностный потенциал делается отрицательным.

Существует некоторое пороговое напряжение , по превышении которого
энергетические зоны искривляются настолько сильно, что в близи
поверхностной области образуется инверсный электрический сой, именно
этот слой играет роль индуцированного канала.

1.1 Равновесное состояние

Рисунок 1.1 – Равновесное состояние

Т.к. UЗ =0, то контактная разность потенциалов между металлом и
полупроводником равна нулю, то энергетические зоны отображаются прямыми
линиями. В таком положении уровень Ферми постоянен при UЗ =0,
полупроводник находится в равновесном состоянии, т.е. pn = pi2 и ток
между металлом и полупроводником отсутствует.

1.2 Режим обогащения (UЗ >0)

Если UЗ >0, то возникает поле направленное от полупроводника к затвору.
Это поле смещает в кремнии основные носители (электроны) по направлению
к границе раздела кремний – оксид кремния. В результате на границе
возникает обогащенный слой с избыточной концентрацией электронов. Нижняя
граница зоны проводимости, собственный уровень и верхняя граница
валентной зоны изгибаются вниз.

Рисунок 1.2 – Режим обогащения

1.3 Режим обеднения (UЗ <0)

Если UЗ <0, то возникает электрическое поле направленное от затвора к
подложке. Это поле выталкивает электроны с границы раздела Si – SiO2 в
глубь кристалла оксида кремния. В непосредственной близости возникает
область обедненная электронами.

Рисунок 1.3 – Режим обеднения

1.4 Режим инверсии (UЗ <<0)

При дальнейшем увеличении отрицательного напряжения UЗ , увеличивается
поверхностный электрический потенциал US . Данное явление является
следствием того что энергетические уровни сильно изгибаются вверх.
Характерной особенностью режима инверсии является, то что уровень Ферми
и собственный уровень пересикаются.

Рисунок 1.4 – Режим инверсии

инверсия;

нейтральная.

1.5 Режим сильной инверсии

Концентрация дырок в инверсной области больше либо равна концентрации
электронов.

1.6 Режим плоских зон

Рисунок 1.5 – Режим плоских зон

1 – обогащенный слой неосновными носителями при отсутствии смещающих
напряжений изгибает уровни вниз.

2 Вольт-фарадная характеристика МОП-структуры

Удельная емкость МОП-конденсатора описывается выражением:

(2.1)

где:

(2.2)

(2.3)

– удельная емкость, обусловленная существованием области
пространственного заряда.

(2.4)

– емкость обусловленная оксидным слоем.

Эквивалентную схему МОП-структуры можно представить в виде двух
последовательно соединенных конденсатора:

Рисунок 2.1 – Эквивалентная схема МОП-структуры

Таблица 2.1 – Зависимость емкости от напряжения на затворе

UЗ [B] С [Ф]

0.01

0.05

0.1

0.2

0.22

0.26

0.3

0.32

0.36

0.4

0.42

0.46 3.182e-5

3.182e-5

3.182e-5

3.182e-5

3.182e-5

3.182e-5

3.182e-5

3.182e-5

3.182e-5

3.182e-5

3.182e-5

3.182e-5

Рисунок 2.2 – График зависимости емкости от приложенного напряжения на
затворе

Рисунок 2.3 – Отношение С/С0 как функция напряжения, приложенного к
затвору

3 Вольт-амперные характеристики

3.1 Стоковые характеристики

Формула описывающая вольт-амперную характеристику имеет вид:

(3.1)

где

(3.2)

– пороговое напряжение

(3.3)

(3.4)

– напряжение Ферми

(3.5)

– плотность заряда в обедненной области

Таблица 3.1 – Таблица значений токов и напряжений стоковой
характеристики

UC [B] UЗ = 9 UЗ = 10 UЗ = 11 UЗ = 12 UЗ = 13

IC [A]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16 0.000

2.322e-3

4.334e-3

6.037e-3

7.431e-3

8.515e-3

9.290e-3

9.756e-3

9.913e-3

9.761e-3

9.299e-3

8.528e-3

7.448e-3

6.058e-3

4.359e-3

2.351e-3

3.399e-5 0.000

2.631e-3

4.952e-3

6.965e-3

8.668e-3

0.010

0.011

0.012

0.012

0.013

0.012

0.012

0.011

0.010

8.689e-3

6.990e-3

4.982e-3 0.000

2.940e-3

5.571e-3

7.892e-3

9.905e-3

0.012

0.013

0.014

0.015

0.015

0.015

0.015

0.015

0.014

0.013

0.012

9.930e-3 0.000

3.249e-3????????????????????????????????????????????????????????????????
?????????????????????????????????????????–??????†??

Рисунок 3.1 – График зависимости тока стока от функции напряжения стока
при постоянных значениях напряжения на затворе

3.2 Стоко-затворная характеристика

при UC =4B

Таблица 3.2 – Таблица значений токов и напряжений стокозатворной
характеристики

UЗ [B] IC [A]

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9 3.703e-3

3.826e-3

3.950e-3

4.074e-3

4.197e-3

4.321e-3

4.445e-3

4.569e-3

4.692e-3

4.816e-3

Рисунок 3.2 – График зависимости тока стока от напряжении на затворе

4 Напряжения насыщения и отсечки

Напряжение отсечки описывается выражением:

(4.1)

Напряжение насыщение описывается формулой:

(4.2)

где:

(4.3)

– толщина обедненного слоя.

Таблица 4.1 – Таблица данных напряжения стока и напряжения насыщения

UЗ UНАС UОТ

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5 0.92

1.59

2.45

3.50

4.730

6.14

7.7411

9.5

11.4890

13.63

15.973 0.2387

0.410

0.62

0.8911

1.2

1.55

1.9583

2.4063

2.9

3.4

4.0

Рисунок 4.1 – График зависимости напряжения насыщения от напряжения на
затворе

Рисунок 4.2 – График зависимости напряжения отсечки от напряжения на
затворе 5 Крутизна стокозатворной характеристики и проводимость канала

5.1 Крутизна стокозатворной характеристики описывается выражением:

(5.1)

где:

(5.2)

5.2 Проводимость канала:

(5.3)

6 Максимальная рабочая частота транзистора

Максимальная рабочая частота при определенном напряжении стока
описывается формулой:

(6.1)

Таблица 6.1 – Таблица значений частоты при фиксированном напряжении
стока

Uc fmax

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13 0.000

8.041e6

1.608e7

2.412e7

3.217e7

4.021e7

4.825e7

5.629e7

6.433e7

7.237e7

8.041e7

8.846e7

9.650e7

1.045e8

Рисунок 6.1 – График зависимости частоты транзистора от напряжения на
стоке.

Список использованной литературы

1 Л. Росадо «ФИЗИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА» М.-«Высшая
школа» 1991 – 351 с.: ил.

2 И.П. Степаненко «ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТРАНЗИСТОРОВ И ТРАНЗИСТОРНЫХ СХЕМ»,
изд. 3-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1973. 608 с. с ил.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019