Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные для проектирования

схема построение транзистор канал

Рис.1

Схема И-НЕ на n-МОП транзисторах.

Минимальный размер 3 мкм.

Толщина окисла - 100 нм.

1. Принцип работы схемы

Таблица истинности для элемента И-НЕ

Для логических схем на n-МОП транзисторах уровень логического нуля приблизительно равен нулю, а уровень логической единицы Ї 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 резистор.

,

Если хотя бы на один активный транзистор подано напряжение логического нуля, то он оказывается заперт, в следствии чего выход отключается от земли и на нем устанавливается напряжение логической единицы. При этом будет меньше Eпит из-за влияния нагрузочного транзистора:

Если на оба активных транзистора подано напряжение логической единицы, то выход оказывается подключенным к земле, а нагрузочный транзистор имеет большое сопротивление. В этом случае на выходе получается уровень логического нуля порядка 0,1-- 0,3В.

2. Технология изготовления схемы

Технологический процесс для n-канального МОП-прибора с металлическим затвором будет следующим:

Получение исходной подложки р-типа со структурой (100) ().

Рис.1

Выращивание толстого защитного слоя окисла.

Рис.2

Фотолитография для вскрытия областей истока и стока n⁺-типа.

Рис.3

n⁺-диффузия и выращивание окисла.

Рис.4

5. Фотолитография для р-ограничителей канала.

Рис.6

6. Диффузия или внедрение ионов р-типа, рост окисла ().

Рис.7

7. Фотолитография для тонких слоев окисла под затворы, и вскрытие окон под выводы.

Рис.8

8. Термическое выращивание тонкого слоя окисла под затворами ().

Рис.9

9. Ионное внедрение бора для регулировки U_ЗИпор n-МОП-приборов

10. Отжиг для активации внедренных ионов и восстановления повреждений кристаллической решетки.

Рис.10

11. Фотолитография для вскрытия окон под контакты истока и стока.

Рис.11

12. Осаждение парообразного алюминия.

Рис.12

13. Фотолитография для формирования рисунка металлической разводки и контактных площадок.

Рис.13

14. Нанесение низкотемпературного пиролитического стекла.

Рис.14

15. Фотолитография для вскрытия окон под контактные площадки для проволочных соединений.

3. Топология и разрез транзисторов

В проектируемой схеме присутствует два типа транзисторов: Тн -- нагрузочный изготавливают с узким, длинным каналом, Та -- активные изготавливают с широким и коротким каналом. Такие требования предъявляют условия хорошей помехоустойчивости и хороших логических уровней.

Рис.1 - Топология и разрез схемы нагрузочного транзистора.

Рис.2- Топология и разрез схемы активного транзистора.

4. Расчет параметров элементов схемы

Для определения рабочих параметров n-канального МОП-прибора с алюминиевым затвором можно воспользоваться уравнениями, выведенными в [1]. Мы хотим найти пороговое напряжение затвора U_ЗИпор, пороговое напряжение окружающего окисла U_Ппор. Необходимые для этого формулы приводятся ниже:

где Ї потенциал Ферми, считается по следующей формуле:

Ї постоянная Больцмана,

Ї температура транзистора, Ї заряд электрона,

Ї собственная концентрация носителей в Si,

Ї концентрация внедренных в канал ионов.

Подставляя эти значения, получаем:

Ї падение напряжения на слое окисла, находится по формуле

где Ї заряд приповерхностного слоя кремния.

Ї диэлектрическая проницаемость вакуума

Ї диэлектрическая проницаемость кремния.

Їудельная емкость подзатворного диэлектрика

Ї диэлектрическая проницаемость оксида кремния.

Їтолщина тонкого окисла.

где Ї поверхностный заряд расположенный на границе раздела SiЇSiO₂ для структуры кремния (100).

Тогда .

Ї работа выхода из металла в зону проводимости Si.

Ї работа выхода из металла в SiO₂

Ї работа выхода из металла в SiO₂

Окончательно получаем:

Найдем также полевое пороговое напряжение:

Толщина толстого окисла Ї 1,2 мкм

Концентрация ионов, ограничителей канала Ї .

Таким образом, ограничитель канала не будет проводящим, пока к алюминию на окружающем окисле не будет приложено напряжение 51,7В.

Условие помехоустойчивости требует соотношения между крутизнами активного и нагрузочного транзисторов 20:1.

где

Для достижения этого должно быть минимальным. Так как минимальный размер 3 мкм, то для ширины и длины канала необходимо взять по 6 мкм:

Для получения , необходимо взять оптимальное соотношения, при котором Ї минимальны:

Тогда крутизны транзисторов будут следующими:

Расчет емкостей.