close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Мой курсач

код для вставкиСкачать
Министерство Образования РФ
Московский Государственный институт электроники и математики (технический университет)
Кафедра электроники и электротехники
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ "ЭЛЕКТРОНИКА"
Москва 2011
Задание на курсовую работу
КМОП схема И-НЕ
Минимальный размер 4 мкм,
Толщина окисла 50 нм
Описать принцип работы схемы.
Выбрать и описать технологию изготовления схемы.
Нарисовать топологию и разрез схемы.
Рассчитать параметры элементов схемы.
С помощью программы P-Spice рассчитать:
а) передаточную характеристику схемы;
б) переходную характеристику схемы;
в) статическую и динамическую мощности, потребляемые схемой.
Нарисовать топологию всей схемы.
Сравнить с аналогами выпускаемыми промышленностью. 1. Описание работы схемы
Данная схема реализует логическую операцию И-НЕ. Таблица истинности для данной операции следующая:
Вх1Вх2Вых001011101110
Таким образом, рассмотрим четыре возможных комбинации входных данных:
Вх1Вх200
В данном случае транзистор с индуцированным n-каналом T4 будет закрыт, т.к. напряжение UЗИ = UЗ - UИ = U0лог - U0лог= 0 < Uпор = 1.5, следовательно T3 тоже закрыт. А транзисторы с индуцированным p-каналом T1 и T2 открыты вследствие того, что UЗИ = UЗ - UИ = U0лог - Eпит < -Uпор = -1.5. Таким образом, выход будет закорочен на Eпит.
Вх1Вх201
При таких входных данных транзистор с индуцированным n-каналом T4 будет открыт, вследствие того, что UЗИ = UЗ - UИ = =U1лог - U0лог > Uпор = 1.5. Но т.к. транзистор с индуцированным n-каналом T3 закрыт UЗИ = UЗ - UИ = U0лог - U0лог= 0 < Uпор = 1.5, следовательно транзистор T4 к выходу не подключён. Транзистор с индуцированным p-каналом T2 будет находится в закрытом состоянии, т.к. UЗИ = UЗ - UИ = U1лог - Епит > -Uпор = -1.5. Транзистор Т1 будет в открытом состоянии, т.к. UЗИ = UЗ - UИ = U0лог - Епит < -Uпор = =-1.5. Т. е. Епит будет подключено к выходу схемы.
Вх1Вх210
В этом случае транзистор Т4 будет закрыт UЗИ = UЗ - UИ = U0лог - U0лог=
=0 < Uпор = 1.5, а следовательно транзистор Т3 будет тоже закрыт. Т.е. выход не будет заземлён. Транзистор Т1 будет закрыт UЗИ = UЗ - UИ = U1лог - Епит > -Uпор = =-1.5, но Т2 - открыт, т.к. UЗИ = UЗ - UИ = U0лог - Епит < -Uпор =-1.5. Таким образом, выход подключён к Епит.
Вх1Вх211
При таких входных данных транзисторы с индуцированным p-каналом Т1 и Т2 будут закрыты, т.к. UЗИ = UЗ - Uи = U1лог - Епит > -Uпор = -1.5. А транзисторы с индуцированным n-каналом Т3 и Т4 будут открыты UЗИ = UЗ - UИ = U1лог - U0лог > >Uпор =1.5. Т.е. Выход будет подключён к земле.
2. Технология изготовления схемы
Для изготовления схемы используется технология изготовления КМОП с поликремневыми затворами, двумя отдельными карманами для p-канальных и n-канальных транзисторов и изопланарной изоляцией. 1. Окисление кремниевой пластин n-типа с низким легированием. 2. Фотолитография для вскрытия окон под диффузию примеси p-типа (p-карман), ионное внедрение бора во вскрытую область, окисление и одновременная разгонка бора.
3. Фотолитография для вскрытия окон под диффузию примеси n-типа (n-карман), ионное внедрение фосфора во вскрытую область, окисление и одновременная разгонка фосфора.
4. Фотолитография для вскрытия окон под область охранных колец (p-типа), внедрение бора во вскрытую область, окисление и разгонка.
5. Фотолитография для вскрытия окон под область охранных колец (n-типа), внедрение фосфора во вскрытую область, окисление и разгонка.
6. Нанесение пленки нитрида кремния для использования в качестве маски при локальном травлении, фотолитография по нитриду кремния, локальное травление кремния на глубину ≈ 2 - 3 мкм для формирования области изоляции и фотолитография областей под тонкий окисел.
7. Формирование толстого изолирующего и тонкого подзатворного окислов.
8. Удаление маски нитрида кремния, нанесение пленки поликристаллического кремния, толщиной 60нм.
9. Фотолитография для вскрытия окон под области стоков и истоков p-канальных транзисторов, внедрение бора во вскрытые области.
10. Фотолитография для вскрытия окон под области стоков и истоков n-канальных транзисторов, внедрение фосфора во вскрытые области. 11. Окисление, фотолитография для вскрытия окон под контакты к областям стоков и истоков, напыление пленки алюминия.
12. Фотолитография для разъединения контактов
Топология и разрез схемы
n-
металлизация
контакт
p+ область n+ область
поликремневый затвор подложка Рис. 1. Топология схемы.
Рис. 2. Разрез схемы вдоль каналов транзисторов Т3 и Т4 (А-А)
Рис. 3. Разрез схемы вдоль каналов транзисторов Т1 и Т1 (Б-Б)
4. Расчет параметров элементов схемы.
Для определения рабочих параметров p- и n- канального МОП прибора с поликремневым затвором будем пользоваться уже выведенными уравнениями. Кроме того, для расчетов будем использовать следующие константы, величины и формулы.
- диэлектрическая проницаемость вакуума
- диэлектрическая проницаемость кремния
- удельная ёмкость подзатворного диэлектрика
- толщина окисла (по условию)
- диэлектрическая проницаемость окисла SiO2
- потенциал Ферми для n-канального КМОП-транзистора
- тепловой потенциал
- постоянная Больцмана
- комнатная температура
- заряд электрона
- собственная концентрация носителей в Si
- Концентрация акцепторной примеси в подложке n-канального МОПТ, см-3
- потенциал Ферми для p-канального КМОП - транзистора
- Концентрация донорной примеси в подложке p-канального
МОПТ, см-3
Расчет удельной емкости подзатворного диэлектрика, коэффициентов крутизны и размеров канала.
Определим удельную емкость подзатворного диэлектрика - C0
Определим крутизну n-канального КМОП-транзистора:
где - подвижность электронов вблизи поверхности.
Определим крутизну р-канального КМОП-транзистора:
где - подвижность дырок вблизи поверхности.
Определим размеры канала:
Для оптимальной работы схемы должно выполняться равенство:
где , - ширина и длина канала n-канального КМОП-транзистора;
, - ширина и длина канала p-канального КМОП-транзистора;
По условию минимальный размер min = 4 мкм. Пусть = = 2 * min = 8 мкм. = 15 * = 120мкм.
Тогда выразим и найдем из вышеуказанного равенства:
Расчет порогового напряжение n-канального КМОП-транзистора.
Uпор-n вычисляется по формуле:
- потенциал Ферми для n-канального КМОП-транзистора.
- разность работ выхода электронов из затвора и полупроводника подложки n-канального КМОП-транзистора.
- потенциал Ферми для затвора n-канального КМОП-транзистора
- концентрация внедренных в затвор n-канального КМОП-транзистора ионов
-плотность заряда на границе раздела Si - SiO2 для структуры кремния;
- удельная емкость подзатворного диэлектрика (найдено ранее)
Имея теперь все необходимые постоянные и величины, подставляем их в формулу для расчета порогового напряжения n-канального КМОП-транзистора и получаем его значение.
Расчет порогового напряжения p-канального КМОП-транзистора.
Uпор-p вычисляется по формуле:
- потенциал Ферми для p-канального КМОП-транзистора
- разность работ выхода электронов из затвора и полупроводника подложки p-канального КМОП-транзистора:
- потенциал Ферми для затвора p-канального КМОП-транзистора;
- потенциал Ферми для подложки p-канального КМОП-транзистора;
Имея теперь все необходимые постоянные и величины, подставляем их в формулу для расчета порогового напряжения p-канального КМОП-транзистора и получаем его значение.
Расчет емкостей.
Емкости р-п переходов.
Емкости p-n-переходов исток-подложка и сток-подложка:
Spn - площадь р-n перехода (т.е. площадь донной части перехода сток-подложка и исток-подложка) L = 8 мкм, Wn = 120 мкм - для n-канального КМОП транзистора
Wp = 360 мкм - для р-канального КМОП транзистора,
xj = 1 мкм.
где ;
концентрация внедренных в канал n-канального КМОП-транзистора ионов.
концентрация внедренных в канал p-канального КМОП-транзистора ионов.
(в программе P-Spice ССП = CBD и СИП = CBS)
Рассчитаем емкости p-n-переходов n-канального КМОП-транзистора:
Рассчитаем емкость p-n переходов p-канального КМОП-транзистора:
Емкости перекрытия каналов.
Величины перекрытий затвор-сток и затвор-исток одинаковы и равны dпер = 0,1мкм, поэтому соответствующие емкости будут одинаковы. Их можно вычислить по формуле:
где удельная емкость подзатворного диэлектрика
Wn = 120 мкм - длина области перекрытия (ширина канала) для n-канального КМОП транзистора;
Wp = 360 мкм - длина области перекрытия (ширина канала) для р-канального КМОП транзистора;
(в программе P-Spice СЗС = CGDO и CИЗ=CGSO).
Емкость перекрытия каналов n-канального КМОП-транзистора:
Емкость перекрытия каналов p-канального КМОП-транзистора:
Емкости под затворами.
Эти удельные емкости перекрытия между затвором и подложкой на длину перекрытия (в P-Spice CGBO) не оказывают на работу схемы значительного влияния и поэтому ими можно пренебречь:
Суммарная емкость.
Суммарная емкость - это алгебраическая сумма всех емкостей схемы (емкости двух n-канальных транзисторов + емкости двух p-канальных транзисторов
5. Расчёт в LTSpice
Передаточная характеристика
Из передаточной характеристики однозначно определяются основные параметры логической схемы:
Уровни логического нуля (), логической единицы () и логический
перепад (Uлог.). В; =5 В; В
Порог переключения Vп=2.576 В
Запас помехоустойчивости
Найдем на передаточной характеристике точки, в которых производная равна 1, т.е. угол наклона касательной в этих точках равен 45°.
В; В
Переходная характеристика
Длительность фронтов
Длительность полочек
Длительность задержек переключения
Длительность периода
T=115с
Статическая и динамическая потребляемые мощности
Статическая мощность равна нулю, т. к. , а .
Динамическая мощность определяется выражением Pд=0.426мВт
5. Сравнение с аналогами, выпускаемыми промышленностью
БМК К1515ХМ1
ПараметрНе менееНе болееДанная схемаНапряжение питания UCC, B,4.55.55Выходное напряжение низкого уровня UOL, B-0.40Выходное напряжение высокого уровня UOН, B4-5Среднее время задержки tзд, нс-508.065Максимальная входная частота fCC, МГц -108,695Помехоустойчивость, В1,352,4752,02
Используемая литература:
1. В.Д. Разевиг, Применение программ P-CAD и PSpice для схемо-технического моделирования на ПЭВМ. Выпуск 2, М., "Радио и связь", 1992.
2. И.П. Степаненко, Основы микроэлектроники (второе издание), Москва, Лаборатория базоых знаний, 2003.
3. Пономарев М.Ф., Коноплев Б.Г. Конструирование и расчет микросхем и микропроцессоров: Учеб. Пособие для вузов., М., Рапм и связь, 1986.
4. Рябов Н.И., Орехов Е.В. Методическое пособие к выполнению курсового проекта по дисциплине " электроника и электротехника ", Москва, МИЭМ (ТУ), 2011.
1
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
188
Размер файла
2 918 Кб
Теги
мой, курсач
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа