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 мультивибратора на трёх логических элементах серии КМОП
Генераторы - специальные элементы цифровых устройств, предназначенные для формирования последовательности электрических сигналов различной формы. Генераторы обеспечивают работу цифровог ...

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 ...

Разработка конструкции линейного коммутатора
Радиоэлектронная аппаратура (РЭА), в основу функционирования которой положены принципы электроники, строится на базе электронных компонентов различного назначения (микросхем, резисторов, ...