Баклавру - Курсовые и рефераты
Home Курсовые Радиоэлектроника Расчет униполярного транзистора
 
 

Расчет униполярного транзистора

Файл: UniVTz.doc ( 2948096 байт )
Размер файла:2948096 байт
Дата файла:13.05.2002 23:28:18
Длина текста:13234 байт
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
6.189e-3
8.820e-3
0.011
0.013
0.015
0.016
0.017
0.018
0.019
0.019
0.019
0.018
0.017
0.016
0.015 0.000
3.559e-3
6.808e-3
9.748e-3
0.012
0.015
0.017
0.018
0.020
0.021
0.022
0.022
0.022
0.022
0.022
0.021
0.020



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.

 
Top! Top!