Электроника и электротехника
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ
(Технический университет)
Курсовая работа
по диiиплине "Электроника и электротехника"
Выполнила:
студентка группы С-45
Сотова Юлия
Преподаватель:
Самбурский Л.М.
Москва 2011
Задание
Дано:
И-НЕ схема на n-МОП транзисторах
Минимальный размер - 3 мкм.
Толщина окисла - 50 нм.
Требуется:
.Описать принцип работы схемы.
.Выбрать и описать технологию изготовления схемы.
.Нарисовать топологию и разрез элементов схемы.
.Расiитать параметры элементов схемы.
.С помощью программы P-Spice расiитать:
передаточную характеристику схемы;
переходную характеристику схемы;
статическую и динамическую мощности, потребляемые схемой.
.Нарисовать топологию всей схемы.
.Сравнить с аналогами, выпускаемыми промышленностью.
1. Принцип работы схемы
Таблица истинности для логического элемента И-НЕ:
Вход1Вход2Вход3Выход00010011010101111001101111011110
Для логических схем на -МОП транзисторах уровень логического нуля приблизительно равен нулю, а уровень логической единицы - меньше чем Eпит. Сток и затвор верхнего нагрузочного транзистора подключены к питанию, поэтому всегда выполняется неравенство
,
следовательно нагрузочный транзистор всегда открыт и работает в пологой области как нелинейный транзистор.
Если хотя бы один на один активный транзистор подано напряжение логического нуля, то он оказывается заперт, вследствие чего выход отключается от земли и на нём устанавливается напряжение логической единицы. При этом U1лог будет меньше Eпит из-за влияния нагрузочного транзистора:
.
Если на оба активных транзистора подано напряжение логической единицы, то выход оказывается подключённым к земле, а нагрузочный транзистор имеет большое сопротивление. В этом случае на выходе получается уровень логического нуля порядка 0,1-0,3 В.
. Технология изготовления схемы
Технологический процесс для -канального МОП-прибора с металлическим затвором будет следующим:
1.Получение p-подложки со структурой (100) (Na=1015 см-3)
2.Выращивание защитного слоя окисла
3.Фотолитография для вскрытия областей стока и истока n+ типа.
4. n+ диффузия и выращивание окисла
. Фотолитография для p-ограничителей канала
. Диффузия или внедрение ионов p-типа, рост окисла (Na=1017 см-3).
7. Фотолитография для тонких слоёв окисла под затворы. Вскрытие окон под выводы.
8. Ионное внедрение бора для регулировки UЗИпор n-МОП-приборов.
9. Термическое выращивание тонкого слоя окисла под затворами (lOX=100 нм).
10. Отжиг для активации внедрённых ионов и восстановления повреждений кристаллической решётки.
11. Фотолитография для вскрытия окон под контакты стока и истока.
. Осаждение парообразного алюминия.
. Фотолитография для формирования рисунка металлической разводки и контактных площадок.
14. Нанесение низкотемпературного пиролитического стекла.
15. Фотолитография для вскрытия окон под контактные площадки для проволочных соединений.
3. Топология и разрез транзисторов
В проектируемой схеме присутствует два типа транзисторов: - нагрузочный изготавливают с узким, длинным каналом, - активные изготавливают с широким и коротким каналом. Такие требования предъявляют условия хорошей помехоустойчивости и хороших логических уровней.
. Раiёт параметров элементов схемы
Константы, используемые при раiётах:
Дж/К - постоянная Больцмана,
Ф/см - диэлектрическая проницаемость вакуума,
- диэлектрическая проницаемость кремния,
- диэлектрическая проницаемость оксида кремния,
нм - толщина тонкого окисла,
К - температура транзистора,
Кл - заряд электрона,
см-3 - собственная концентрация носителей в Si,
- концентрация внедрённых в канал ионов
Мы хотим найти пороговое напряжение затвора UЗИпор и пороговое напряжение окружающего окисла UПпор (полевое).
,
где Uf - потенциал Ферми, iитается по следующей формуле:
UOX - падение напряжения на слое окисла, находится по формуле
,
где - заряд приповерхностного слоя кремния
- удельная ёмкость подзатворного диэлектрика
,
где - поверхностный заряд, расположенный на границе раздела для структуры кремния (100).
Тогда .
Запирающее напряжение
WM-Si - работа выхода из металла в зону проводимости Si.
WM-O = 3,2 эВ - работа выхода из металла в SiO2
WSi-O = 3,25 эВ + 0,55 эВ + - работа выхода из кремния в SiO2
Окончательно получаем:
Расiитаем полевое пороговое напряжение UПпор:
Толщина толстого окисла - .
Концентрация ионов, ограничителей канала - .
Таким образом, ограничитель канала не будет проводящим, пока к алюминию на окружающем окисле не будет приложено напряжение 52,02 В.
Условие помехоустойчивости требует соотношения между крутизнами активного и нагрузочного транзисторов .
.