Материал: Sb000528
гральных схемах (ИС) получили транзисторы с индуцированным каналом рис. 2.1. Основными параметрами транзистора являются: длина канала L, ширина канала Z, толщина подзатворного диэлектрика d, уровень легирования подложки NA.
Работа МДПТ основана на управлении проводимостью цепи исток-сток с помощью напряжения на затворе. Когда напряжение на затворе отсутствует, электрическая цепь исток-сток представляет собой два n+-перехода, включенных навстречу друг другу. Ток в такой цепи очень мал и равен току обратносмещенного перехода. При подачи на затвор достаточно большого положительного напряжения в подзатворной области полупроводника индуцируется инверсный слой (канал) n-типа проводимости, соединяющий n+- области истока и стока. Теперь если увеличивать положительное напряжение на стоке, то ток в цепи исток-сток будет сначала линейно нарастать, а затем (VD≥VDsat) произойдет насыщение. Насыщение тока стока при фиксированном напряжении на затворе связано с сужением проводящего канала со стороны стока и с сокращением его длины при увеличении VD. На рис. 2.2 схематично показаны сечения транзистора, иллюстрирующие влияние напряжения смещения на конфигурацию канала и обедненной области. В приближении плавного канала, однородного легирования и при учете только дрейфовой составляющей тока, а также полагая независимость подвижности от значения электрического поля, ток стока ID можно определить как:
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
V |
2 |
|
I |
|
m |
.n |
×C × |
× |
V |
- V |
×V - |
.D |
|
||
|
L |
2 |
|
|||||||||
.D |
|
|
.i |
( |
.G |
.T) |
.D |
|
|
|||
где μn – подвижность электронов в канале; Ci = εi*ε0/d – удельная емкость диэлектрика; VT – пороговое напряжение.
11
Приведенное ранее выражение описывает зависимость ID = f(VD) для участка до насыщения тока. При малых VD в линейной области
I.D m.n×C.i× ZL ×(V.G - V.T)×V.D
В области насыщения тока, когда VD≥VDsat, ток определяется как:
IDsat |
|
mn×Ci× |
Z |
×(VG - VT)2 |
|
L |
|||
|
||||
|
|
|
|
Крутизна ВАХ МДПТ вычисляется как: для линейной области –
|
|
|
|
d |
|
|
m.n×C.i× |
Z |
×V.D |
|
g.m |
|
|
|
|
I.D |
|
|
L |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
dV |
|
|
||||||
Для области насыщения – |
.G |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
gm |
|
|
2×mn×Ci× |
Z |
×(VG - VT) |
|||||
|
|
L |
||||||||
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Во всех приведенных выше выражениях пороговое напряжение следует вычислять, используя уравнение
|
|
|
V |
|
V + 2× |
|
f |
|
+ |
Q.B |
- |
Q.s |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
.T |
|
.bi |
|
|
.B |
|
|
|
C.i |
|
|
C.i |
|
|
|||||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
A.M - A.S |
A.M |
|
qc |
|
E.B |
|
|
||||||||||||||
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
- f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2×q |
|||||||
.bi |
q |
|
|
q |
|
|
|
q |
|
.B |
||||||||||||||
– контактная разность потенциалов металл затвора – полупроводник;
|
|
|
k×T |
|
N |
||
f.B |
|
|
|
|
×ln |
|
|
|
|
q |
|
||||
|
|
||||||
|
|
|
n.i |
||||
– потенциал, соответствующий положению уровня Ферми в подложке, отсчитываемый от середины запрещенной зоны;
Q.B q× N×W 
2×e.s×e.0×q× N×(2×f.B - V.B)
– удельный заряд обедненной области полупроводника с учетом смещения на подложке; Qs – фиксированный заряд в диэлектрике; q – заряд электрона VB – потенциал подложки.
2.3. Экспериментальная установка
Имитационная модель ПТШ, созданная средствами комплекса LabVIEW, реализует приведенную выше математическую модель. Виртуальная установка (рис 1.4) позволяет отслеживать влияние на ВАХ и крутизну ВАХ ПТШ при четырех последовательно заданных наборах следующих входных параметров: Ud – напряжение на стоке; Ug – напряжение на затворе; d – толщина подзатворного слоя; NA – уровень легирования канала активной примесью; T – температура.
12
Рис. 2.3
Лицевая панель включает изображения поперечного сечения ПТШ, элементы управления моделью (ввода входных параметров) и элементы отображения входных параметров в виде цифровых, стрелочных, шкальных индикаторов и экранов.
Входные параметры могут быть изменены путем ввода их численных значений с клавиатуры (при этом курсор должен быть установлен в поле цифрового индикатора изменяемого параметра) или с помощью мыши: курсор устанавливается на какой-либо элемент конструкции или на элемент управления (например, на край затвора, на движок, регулирующий уровень легирования, на стрелку прибора), а затем размер затвора, уровень легирования или напряжение изменяют, перемещая курсор в нужном направлении при зажатой левой кнопке мыши.
2.4.Задание
1.Исследуйте изменения ВАХ МДПТ при увеличении напряжения на затворе.
2.Проследите влияние увеличения толщины подзатворного слоя на ВАХ МДПТ.
13
3.Проанализируйте изменение ВАХ МДПТ при увеличении концентрации примеси в активном слое.
4.Исследуйте влияние изменения длины затвора на характеристику МДПТ.
5.Проследите изменения глубины инвертированного слоя при увеличении напряжения затвор-исток.
6.Исследуйте, какие напряжения нужно изменять для увеличения глубины инвертированного слоя в стоковой части затвора при сохранении глубины инвертированного слоя в его истоковой части.
7.Установите, какие напряжения нужно изменять для увеличения глубины инвертированного слоя в истоковой части затвора при сохранении глубины инвертированного слоя в его стоковой части.
2.5.Порядок выполнения работы
1.Запустите программу LabVIEW соответствующей иконкой в среде
Windows.
2.Загрузите файл с имитационной моделью: File → Open, далее выберите необходимый файл из каталога.
3.«Включите» устройство, выбрав из функционального меню иконку 
.
4.Установите необходимые входные параметры.
5.Пронаблюдайте, как изменение входных параметров влияет на выходные – ВАХ и крутизну ВАХ. Зарисуйте полученные графики, предварительно нажав кнопку Change на лицевой панели установки.
6.Установите новые входные параметры или измените часть прежних и запустите установку, снова нажав кнопку Change. Для зарисовки новых гра-
фиком также воспользуйтесь этой кнопкой.
7. «Выключите» установку, нажав кнопку 
; после выполнения всех заданий выйдите из программы: File → Exit.
2.6. Содержание отчета
1.Цель работы.
2.Описание исследуемого прибора и принципа его действие.
3.Основные положения имитационной модели.
4.Отчет о выполнении заданий, проиллюстрированный графиками (ВАХ, крутизна ВАХ), численными примерами (входные и выходные параметры модели). Поясните результаты полученные с помощью имитационной модели, с точки зрения физики исследуемых процессов.
14
5. Выводы.
Защита лабораторной работы состоит в выполнении задания, аналогичного 2.4 (по указанию преподавателя) без использования имитационной модели и проведения подобного расчета. Обоснуйте свой ответ с точки зрения физики процесса, а затем проверьте правильность качественной оценки с помощью имитационной модели.
2.7.Контрольные вопросы
1.Опишите основные элементы конструкции планарного МДПТ.
2.В чем состоят основные этапы технологии изготовления планарного
МДПТ?
3.Что такое пороговое напряжение МДПТ? От чего зависит пороговое напряжение?
4.Что вызывает дрейф порогового напряжения? Каковы технологиче-
ские приемы стабилизации дрейфа?
5.Чем определяются ток стока, крутизна характеристики МДПТ?
6.От чего зависит электрическая прочность планарного МДПТ?
7.Чем определяется максимальная рабочая частота прибора? Чем огра-
ничивается увеличение быстродействия МДПТ на Si?
Лабораторная работа № 3
ЛИНИИ ЗАДЕРЖКИ НА СПИНОВЫХ ВОЛНАХ
3.1. Цель работы
Изучение работы линии задержки на магнитостатических волнах и приобретение практических навыков ее качественной оценки.
3.2. Основные положения
Принцип действия спин-волновых устройств основан на явлениях возбуждения, распространения и приема волн намагниченности в магнитоупорядоченных кристаллах. При распространении спиновых волн в пленках их основные характеристики – собственная частота, фазовая и групповая скорости – сильно зависят от величинвы и направления постоянного поля подмагничивания H, магнитных характеристик материала (высокочастотной магнитной проницаемости m, намагниченности насыщения M0, параметра СВЧ магнитной диссипации H), геометрических размеров волноведущих структур. Эти зависимости отражены в дисперсионном уравнении.
15