Реферат: Расчет униполярного транзистора
Реферат: Расчет униполярного транзистора
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
Если UЗ
2
в глубь кристалла
оксида кремния.
В непосредственной
близости возникает
область обедненная
электронами.
Рисунок
1.3 – Режим обеднения
1.4 Режим
инверсии (UЗ
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.
|