Расчет электрических параметров КМОП-схемы

Исходные данные: Е = 10 В, δU+ = 1,5 В, δU- = 1,5 В, максимальная помехоустойчивость, минимальная площадь кристалла, марка кремния КДБ-10, минимальный технологический линейный размер на поверхности кремния Lмин=2 мкм, материал затвора - поликремний, Nss = 0.

Для заданной марки кремния по таблице определяем концентрацию примеси в подложке Nsubp = 1,2·1015см-3 и подвижности U0p = 520 см2/(В·с), U0n = 1120 см2/(В·с). [2]

Расчет ведется из условия равенства напряжений логических уровней по входу и выходу.

Геометрические размеры транзисторов практические влияют на выходные уровни "0” и “1”. В первом приближении можно считать, что

1 » E, а U0 » 0. (1)

Так как помехоустойчивость такой схемы максимальна, то определяем порог n-канального транзистора (VnTo) и порог p-канального транзистора (|VpTo |)

VTon = δU+ = 1,5 (В), VTop = δU- = - 1,5 (В) (2)

Максимальная помехоустойчивость достигается, когда UП = Е/2, и SН » SУ, причем необходимо, чтобы |δU+| + |δU-| ≤ E. UП = 5 В.

(3)

Так как А > 1, то длину и ширину канала рассчитываем по следующим формулам:

где Lmin = 2 мкм

Wmin = 3 мкм

Рассчитаем разность работ выхода затвор-подложка. Для этого необходимо вычислить потенциал уровня Ферми для подложки и затвора:

(4)

Где

φF - потециал уровня Ферми;

k - постоянная Больцмана, k=1,38×10-23Дж/К;

T - температура, T=300K;

q - заряд электрона, q=1,6×10-19Кл;

ni - собственная концентрация носителей, ni=1,45×1010см-3;

N - концентрация примеси в подложке.

Потенциал уровня Ферми для подложки и затвора:

Тогда разность работы выхода затвор-подложка равна:

По пороговому напряжению n-канального транзистора (Vton=0,5) и рассчитанным уровням Ферми и qЗП определяем удельную емкость Cox и толщину подзатворного диэлектрика Tox:

(5)

(6)

Используя рассчитанные длину и ширину канала из условия для максимальной помехозащищенности (UП = E/2), рассчитаем крутизну управляющего и нагрузочного транзистора:

(7)

(8)

Таким образом, мы нашли все параметры для n-канального транзистора. Теперь рассчитаем уровень легирования подложки (Nsub) для p-канального транзистора. Расчет будем проводить, решая транцендентное уравнение методом поразрядного приближения:

,(8)

В уравнении уровень Ферми и разность работ выхода затвор-подложка зависят от концентрации примеси. Решая это уравнение, получаем уровень легирования в подложке p-канального транзистора равным Nsubn = 2.61∙1015 см-3.

Читайте также

Проектирование аппаратного обеспечения одноплатных микроконтроллеров
Задание: В заданной РЭС осуществить управляющую функцию по одному из заданных параметров с помощью контроллера, построенного на МПК, разработать электрическую принципиальную схему проект ...

Проектирование сооружений городской районной телефонной сети
Основными задачами, стоящими перед отраслью связи на городской телефонной сети (ГТС), являются улучшение характеристик качества обслуживания и предоставление новых видов услуг св ...

Разработка конструкции и технологического процесса изготовления диффузионного резистора
Разработать конструкцию и выбрать технологический процесс изготовления диффузионного резистора в составе ИМС. Программа выпуска - 50000 шт. в год. Выпуск ежемесячный. Параметры ...