ЭБНЭ_КР_Цуканова_0363
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)
Кафедра информационной безопасности
КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Элементная база наноэлектроники»
Тема: Анализ топологии и расчет параметров МДП транзисторов
Студент гр. 0363 |
|
Цуканова П.А. |
|
Преподаватель |
|
|
Трушлякова В.В. |
Санкт-Петербург
2022
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Студент Цуканова П.А.
Группа 0363
Тема работы: Анализ топологии и расчет параметров МДП транзисторов Исходные данные: Курсовая работа включает пояснительную записку и графическую часть. Пояснительная записка и графическая часть работы оформляются согласно стандарту на оформление научно-технической документации.
В соответствии с утвержденным заданием на курсовой проект пояснительная записка включает следующие основные разделы:
1.анализ изображения топологии логического элемента;
2.расчет конструктивных параметров МДП-транзисторов;
3.расчет электрических параметров МДП-транзисторов;
4.построение стоковой и сток-затворной характеристики транзисторов;
5.восстановление электрической схемы;
6.моделирование работы электрической схемы и определение ее таблицы истинности.
Рисунок 1 – Изображение топологии логического элемента
Содержание пояснительной записки:
Введение, анализ топологии и расчет конструктивных параметров МДП-
транзистор, расчет электрических параметров транзисторов и построение их характеристик, восстановление электрической схемы и ее моделирование,
заключение, список использованных источников.
Предполагаемый объем пояснительной записки:
Не менее 15 страниц.
Дата выдачи задания: 30.03.2022
Дата сдачи реферата: 8.05.2022
Дата защиты реферата: 26.05.2022
Студент |
|
Цуканова П.А. |
|
Преподаватель |
|
|
Трушлякова В.В. |
АННОТАЦИЯ
Содержание курсовой работы состоит в анализе изображения топологии логического элемента; расчете конструктивных электрических параметров МДП-транзисторов; построении характеристики транзисторов;
восстановление электрической схемы и моделирование работы электрической схемы и определение ее таблицы истинности.
Для выполнения работы использовать программу Multisim.
SUMMARY
The content of the course work consists in the analysis of the image of the topology of the logical element; calculation of the design electrical parameters of MIS transistors; building characteristics of transistors; restoration of the electrical circuit and modeling the operation of the electrical circuit and the definition of its truth table.
To do the work, use the Multisim program.
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
Введение |
6 |
1. |
Анализ топологии и расчет конструктивных параметров МДП- |
7 |
|
транзистор |
|
2. |
Расчет электрических параметров транзисторов и построение их |
7 |
|
характеристик |
|
2.1. |
Расчет электрических параметров транзисторов |
7 |
2.2. |
Построение характеристики транзисторов |
9 |
3. |
Восстановление электрической схемы и ее моделирование |
13 |
|
Заключение |
16 |
|
Список использованных источников |
17 |
ВВЕДЕНИЕ
Основной задачей курсовой работы по дисциплине «Элементная база наноэлектроники» является приобретение навыков самостоятельного инженерного и конструкторского расчета элементов интегральных схем (ИС)
на униполярных транзисторах. При проектировании ИС особое внимание уделяется расчету, анализу и топологии МДП-структур.
1. Анализ топологии и расчет конструктивных параметров
МДП-транзистора
В схеме всего 4 транзистора, 2 n-канальных и 2 p-канальных.
Минимальный размер элемента топологии 40 нм.
Геометрические размеры транзисторов:
●n-канальные:
|
Транзистор 1 |
|
Транзистор 2 |
||
|
|
|
|
|
|
Длина |
Ширина |
Толщина |
Длина |
Ширина |
Толщина |
канала |
канала |
подзатворного |
канала |
канала |
подзатворного |
|
|
диэлектрика |
|
|
диэлектрика |
|
|
|
|
|
|
40 нм |
57 нм |
7 нм |
40 нм |
57 нм |
7 нм |
|
|
|
|
|
|
●p-канальные
|
Транзистор 3 |
|
Транзистор 4 |
||
|
|
|
|
|
|
Длина |
Ширина |
Толщина |
Длина |
Ширина |
Толщина |
канала |
канала |
подзатворного |
канала |
канала |
подзатворного |
|
|
диэлектрика |
|
|
диэлектрика |
|
|
|
|
|
|
40 нм |
63 нм |
7 нм |
40 нм |
63 нм |
7 нм |
|
|
|
|
|
|
2.Расчет электрических параметров транзисторов и построение их характеристик
2.1.Расчет электрических параметров транзисторов
Диэлектрическая проницаемость подзатворного диэлектрика:
д = 4;
Удельная емкость затвора относительно канала:
|
= |
0 д |
|
= |
8.85∙10−12∙4 |
= 0,005 Ф; |
|||
|
|
|
−9 |
|
|||||
з0 |
|
|
д |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
7 ∙10 |
|
|||
Удельная крутизна: |
= |
|
з0 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Где μ – подвижность носителей заряда в канале = 1500 см2/( ∙ );
= 450 см2/( ∙ ).
0 =
0 =
з0
з0
=
=
1500∙10−4∙5∙10−3∙57 ∙10−9
40∙10−9
450∙10−4∙5∙10−3∙57 ∙10−9
40∙10−9
n-канальные |
p-канальные |
||
|
|
|
|
Транзистор 1 |
Транзистор 2 |
Транзистор 3 |
Транзистор 4 |
|
|
|
|
= 1,068 ∙ 10−3 |
= 1,068 ∙ 10−3 |
= 3,206 ∙ 10−4 |
= 3,206 ∙ 10−4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
●Пороговое напряжение 0:
|
= + |
√ |
2 0 д мп |
; |
|
|
|||
0 |
мп |
|
з0 |
|
|
|
|
|
Где мп – контактная разность потециалов, определяется по формуле:
∙ мп = 0,56эВ − ∙ ( )– температурный потенциал = 0.026;
– уровень легирования кремния = 1,4 ∙ 1015см−3, согласно варианту задания
– собственная концентрация носителей в кремии = 2 ∙ 1010см−3
мп = −0,56 − ( )
мп = −0,56 − 0,026 ∙ (1,4∙1015) = −0,850062513547 В
2∙1010
0 = 0,85
●Напряжение затвора:
Номинальным током МОП-транзистора считается ток при напряжении
зи > 2 0. Возьмём зи = 4
●Напряжение питания:
Напряжение питания выбирается из условий пит ≥ зи и меньше, чем напряжение пробоя диэлектрика.
пр = пр ∙ д, |
где пр – электрическая прочность диэлектрика |
пр( 2) = 7,5 МВсм = 7,5 ∙ 108 мВ. пр = 7,5 ∙ 108 ∙ 7 ∙ 10−9 = 5,25 В.
Возьмём пит = 4 .
Таким образом, получаем следующие значения:
1)Для n-канальных транзисторов:
|
Транзистор 1 |
|
|
Транзистор 2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
зи |
пит |
0 |
0 |
зи |
пит |
1,068 ∙ 10−3 |
|
0,85 |
4 |
4 |
1,068 ∙ 10−3 |
0,85 |
4 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2)Для p-канальных транзисторов:
|
Транзистор 3 |
|
|
Транзистор 4 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
зи |
пит |
0 |
0 |
зи |
пит |
3,206 ∙ 10−4 |
|
0,85 |
4 |
4 |
3,206 ∙ 10−4 |
0,85 |
4 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.2.Построение характеристики транзисторов
Для построения характеристик транзистора нужно внести изменений в модели транзисторов и моделировать с учетом полученных электрофизических параметров.
●Стоковая характеристика транзисторов:
а) n-канальные транзисторы
На рисунке 2 представлена стоковая характеристика двух n-канальных транзисторов (транзистор 1 и транзистор 2).
Рисунок 2 – Стоковая характеристика n-канальных транзисторов Как видно из стоковой характеристики при выбранном напряжении
питания n-канальные транзисторы (транзистор 1 и транзистор 2) будет функционировать в ключевом режиме.
б) p-канальные транзисторы
На рисунке 3 показана стоковая характеристика двух p-канальных транзисторов (транзистор 3 и транзистор 4).