Pm2 - Tranzistor Mos 1zw4w

PROBLEMA Un tranzistor MOS cu canal n avwnd sursa [i substratul legate la masq are urmqtoarele date constructive [i de material: o

- grosimea oxidului de poartq: x ox  800 A - lungimea canalului: L  10m - lq]imea canalului: Z  200m - tensiunea de benzi netede: VFB  2V - mobilitatea electronilor:  n  1000 cm

2

V s

- permitivitatea electricq a vidului:  0  8.856  10  14 - perimitivitatea relativq a siliciului :  r Si  11,7 - perimitivitatea relativq a oxidului:  rox  3,9 - sarcina electronului: q  1,6  10 19 C

F cm

kT

- tensiunea termicq: Vth  q  25mV - concentra]ia intrinsecq a siliciului: n i  1,5  1015 cm 3 Sq se calculeze valoarea tensiunii de prag pentru acest tranzistor pentru urmqtoarele concentra]ii de impuritq]i \n substrat:

N A 1  1014 cm 3 , N A 2  1015 cm 3 , N A 3  1016 cm 3 , N A 4  1017 cm 3

REZOLVARE Expresia generalq a tensiunii de prag este: VT  VFB  VS  2 F  k 2 F  VS

unde  F reprezintq poten]ialul Fermi al substratului:  F  Vth ln

k este factorul de substrat [i are expresia k 

NA ni

2 0  rSi qN A C ox

  C ox reprezintq capacitatea specificq a oxidului de poartq Cox  0 rox x ox

Deoarece VS este poten]ialul sursei [i are valoare nulq conform datelor problemei, expresia tensiunii de prag devine: VT  VFB  2 F  k 2 F

Din calcule numerice rezultq: Cazul 1: N A 1  1014 cm 3 F 

kT N A 1014 4 ln  0,025 ln  ln 10  0,23V 10 q ni 40 10

k

2 0  rSi qN A1   0  rox x ox

2  8,856  10  14  11,7  1,6  10  19  N A1 8,856  10  14  3,9

1

 1,33  10  8 N A1  0,133V 2

8  10  6

VT1  VFB  2 F  k 2 F  2  2  0,23  0,133 2  0,23  1,45V Cazul 2: N A 2  1015 cm 3  F  Vth ln

NA 1015 5  0,025 ln  ln 10  0,288V 10 ni 40 10 1

k

2 0  rSi qN A 2  1,33  10  8 N A 2  0,4V 2  0  rox x ox

VT 2  VFB  2 F  k 2 F  2  2  0,288  0,4 2  0,288  1,12V Cazul 3: N A 3  1016 cm 3  F  Vth ln

NA 1016 6  0,025 ln  ln 10  0,345V 10 ni 40 10 1

k

2 0  rSi qN A 3  1,33  10 8 N A 3  1,33V 2  0  rox x ox

VT 3  VFB  2 F  k 2 F  2  0,69  1,33 0,69  0,2V Cazul 4: N A 4  1017 cm 3  F  Vth ln

NA 1017 7  0,025 ln  ln 10  0,4V ni 1010 40 1

k

2 0  rSi qN A4  1,33  10  8 N A 4  4,2V 2  0  rox x ox

VT 4  VFB  2 F  k 2 F  2  0,8  4,2 0,8  2,56V Din rezolvarea numericq a celor patru cazuri propuse se poate observa varia]ia tensiunii de prag a unui tranzistor MOS cu varia]ia concentra]iei de impuritq]i din substrat. ^n ultimul caz analizat se observq valoarea pozitivq a tensiunii de prag, deci tranzistorul MOS este un tranzistor cu canal n indus, \n timp ce \n primele 3 cazuri tranzistorul MOS este cu canal n ini]ial deoarece tensiunea de prag este negativq.