Сложные слоистые структуры арсенида галлия в комбинации с арсенидом алюминия (AlAs) или тройными растворами AlxGa1-xAs можно вырастить с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Из-за практически полного согласования постоянных решёток слои имеют малые напряжения и могут выращиваться произвольной толщины.
Основны свойства и параметры полупроводника представлены в таб. 2.1.
Таблица 2.1 - Основны параметры GaAs
Свойства
Общие
Название
арсенид галлия
Химическая формула
GaAs
Внешний вид
Тёмно-серые кубические кристаллы
Структура
Атомный вес
144,64 ат. ед.
Постоянная решётки
0,56533 нм
Кристаллическая структура
цинковой обманки
Физические
Агрегатное состояние при н. у.
твёрдое
Точка плавления при н. у.
1513 K
Электронные
Ширина запрещённой зоны при 300 K
1.424 эВ
Электроны, эффективная масса
0.067 me
Лёгкие дырки, эффективная масса
0.082 me
Тяжёлые дырки, эффективная масса
0.45 me
Подвижность электронов при 300 K
9200 см²/(В·с)
Подвижность дырок при 300 K
400 см²/(В·с)
По физическим характеристикам арсенид галлия более хрупкий материал, чем кремний. Кроме того подложки из арсенида галлия гораздо сложнее для изготовления и дороже, что ограничивает применение материала.
Токсические свойства арсенида галлия не были детально исследованы, но это вещество токсично и канцерогенно [9].
Сox — удельная емкость подзатворного диэлектрика
IсID — ток стока
IзIG — ток затвора
IDS — ток канала исток-сток
R0 — омическое сопротивление
Ri — внутреннее сопротивление
S — крутизна характеристики
Uзи UGS — напряжение затвор-исток
Uси UDS — напряжение исток-сток
Uзс UDG — напряжение сток-затвор
UЗИ пор Uпор UGS(th) VT — пороговое напряжение
UЗИ отс Uотс UGS(off) — напряжение отсечки
Vox — падение напряжения на окисном слое
VТ — пороговое напряжение
VSS — напряжение, приложенное к подложке
μ — коэффициент усиления
Исходные данные для расчетов:
- ширина п/п структуры Zк=1500·10-4 см;
- длина канала Lk=6·10 -4 см;
- толщина оксидного слоя (изолятора затвора) d=0,16·10-4 см ;
- концентрация акцепторов в подложке Na=6·1015 см -3 ;
- поверхностная плотность зарядов Nпов=1,2·1011 см -2;
- толщина истока hист=4·10-4 см;
- длина истока lист=7·10-4 см;
- толщина стока hcток=4·10-4 см;
- длина стока lсток=7·10-4 см;
- тепловое сопротивление корпуса Rt= 40 К/Вт .
Рассчитаем напряжение смыкания, В:
(2.1)
где q – заряд электрона, а j f = 0,38 В – потенциал уровня Ферми.
Найдем удельную емкость «затвор-канала», Ф:
(2.2)
где = 4 – диэлектрическая проницаемость диоксида кремния.
Ширина обедненного слоя в канале при Uзи =0 находится по формуле:
(2.3)
Плотность заряда нескомпенсированных ионизированных атомов примеси в подложке, Кл/см2:
(2.4)
Плотность заряда на границе диэлектрик-полупроводник, Кл/см2:
(2.5)
Крутизна, А/В:
(2.6)
где =0,15 м2∙В-1∙с-1— подвижность электронов в канале.
Пороговое напряжение транзистора, В:
(2.7)
Коэффициент К:
(2.8)
Паразитные емкости затвора, Ф:
(2.9)
где Sз=Zk·Lk — площадь затвора.
Сопротивление стока и истока, Ом:
(2.10)
где — удельное сопротивление канала.
На рисунке 2.1 построено семейство передаточных характеристик транзистора для значений напряжения между стоком и истоком 1, 2, 4 В.
Рисунок 2.1 - Стоко-затворная характеристика полевого транзистора.
Семейство стоковых (выходных) характеристик МДП-транзистора с индуцированным каналом строим путём совмещения двух областей его ВАХ - триодной и области насыщения.
Рисунок 2.2 - Семействo выходных вольт-амперных характеристик полевого транзистора
В ходе данной курсовой работе:
были рассмотрены свойства МДП-структури, а также типы и устройство полевых транзисторов;
рассмотрены характеристики МДП-транзистора;
определено влияние типа канала на вольт-амперные характеристики прибора;
рассмотрены основны свойства и параметры полупроводника арсенида галлия;
рассчитаны параметры и характеристики МДП-транзистора.
В результате расчетов параметров и характеристик полупроводниковых приборов были получены результаты, не противоречащие справочным данным.
Так же были получены значения основных параметров: пороговое напряжение , напряжение смыкания , сопротивление стока и истока rи=rс=42,07 Ом. В результате построений характеристик МДП-транзистора были получены типичные вольтамперные характеристики транзистора МДП-типа с индуцированным каналом n-типа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ніконова З.А., Небеснюк О.Ю. Твердотіла електроніка. Конспект лекцій для студентів напрямку «Електроніка» ЗДІА/ Запоріжжя: Видавництво ЗДІА, 2002. - 99с.
2. Твердотіла електроніка. Навчальний посібник до курсового проекту для студентів ЗДІА спеціальності «Фізична та біомедична електроніка» денної та заочної форм навчання /Укл: З.А. Ніконова, О.Ю. Небеснюк,, М.О. Літвіненко, Г.А. Слюсаревська. Запоріжжя, 2005. - 40с.
3. Батушев В. А. Электронные приборы. – М. , “Высшая школа” 1980..
4. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника – М.: Высшая школа, 1991г. - 617с.
5. Гуртов В. А. Твердотельная электроника: Учеб. пособие // В. А. Гуртов; ПетрГУ. – Петрозаводск, 2004. - 312 с.
6. Городецкий Л. Ф. Полупроводниковые приборы // Л. Ф. Городецкий,А. Ф. Кравченко, М.: Высшая школа, 1967, - 348 с.
7. Епифанов Г.И. Физические основы микроэлектроники М.: Сов. радио, 1971 г. - 376 с.
8. Ефимов И. Е., Козырь И. Я., Горбунов Ю. И. Микроэлектроника. М.: Высшая школа, 1987г. - 326 с.
9. Ефимов И.Е., Козырь И.Я. Основы микроэлектроники. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1983г. - 384 с.
10. Жеребцов И.П. Основы электроники. - Энергоатомиздат, Ленинградское отд-ние, 1989г. - 352 с.
11. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: Пер. с англ. М.: Мир, 1984. - 368 с.
12. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник. Под ред. Н. Н. Горюнова - М.: Энергоатомиздат, 1985г. - 204 с.
13. Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы. М.: Высшая школа, 1987г. - 479 c.
14. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. - М.: Сов. радио, 1980г. - 424 с.
15. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы. - М.: Энергоатомиздат, 1990г. - 376 с.
16. Федотов Я. А. Основы физики полупроводниковых приборов. М., “Советское радио”, 1970г. - 392 с.
17. Электроника: Энциклопедический словарь.//Гл. ред. В. Г. Колесников. М.: Советская энциклопедия, 1991. - 688 с.
Страницы: 1, 2, 3, 4
