5. Указания по оформлению отчета

Отчет оформляется в виде пояснительной записки на листах формата А4 (210 × 297 мм). Необходимо дома подготовить заготовку отчета по всей работе. Заготовка отчета должна содержать номер, цель и содержание работы, все пункты домашних заданий и результаты их выполнения все пункты лабораторных заданий и свободное место для их выполнения. Дополнительно в отчете необходимо сделать выводы по результатам проделанной работы. Рисунки и графики выполнять на отдельных листах А4, на которых, если позволяет место, может быть размещено по несколько рисунков. Рисунки вкладывать в отчет после первой ссылки по тексту.

6. Контрольные вопросы к лабораторным заданиям

1. Как можно рассчитать сопротивление резистора, зная его длину и ширину?

2. Из каких слоев состоит резистор в топологии кристалла?

3. Чему равно _СЛ в библиотеки gpdk090?

4. Для чего используют функцию Ruler?

5. Какой алгоритм проектирования топологии резистора?

Библиографический список

1. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: учеб. пособие / И.П. Степаненко. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001г. – 487с.

2. Ефимов И.Е. Основы микроэлектроники: учебник / И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь. 3-е изд. стер. – СПб.: «Лань», 2008. – 384с.

3. Коледов Л.А. Технология и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок: учеб. пособие / Л.А. Коледов. 3-е изд. стер. – СПб.: «Лань», 2009. – 400с.

4. Рубаи. Цифровые Интегральные схемы: методология проектирования./ Рубаи, Чандракасан, Николич. 2-е изд.: Пер. с англ. – М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2007. – 912 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ

МДП-ТРАНЗИСТОРА

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1. Цель работы

Изучение конструктивно-технологических особенностей МДП-транзисторов и элементов коммутации в МДП-ИМС. Освоение проектирования топологии МДП-транзистора в среде Cadence Virtuoso.

2. Содержание работы

Основным содержанием работы является ознакомление с классификацией, изучение структуры и топологии МДП-транзисторов, конструкций и материалов элементов коммутации в МДП-ИМС. Проектирование топологии МДП-транзистора с помощью САПР Cadence Virtuoso.

Обучение осуществляется в процессе выполнения домашних и лабораторных заданий. Контроль усвоения полученных студентами знаний и навыков производиться при собеседовании путем оценки ответов на контрольные вопросы, а также при выполнении лабораторной работы.

Время выполнения домашних заданий 3 ч. Общее время на выполнение лабораторных заданий, включая собеседование и отчет по лабораторной работе 4ч.

1.3. Указания по технике безопасности

В процессе работы необходимо соблюдать общие правила техники безопасности при работе с электроустановками напряжением до 1000 В.

2. ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ

3. УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

1. Задание №1

Изучить классификацию и конструкции МДП-транзисторов (МДПТ). В заготовку отчета занести структуры и топологии МДПТ.

Методические указания по выполнению первого задания.

Для выполнения задания необходимо ознакомиться с материалом /1, с. 248-258; 2, с. 103-111/. Транзисторы со структурой МДП (МДПТ) представляют собой одну из разновидностей полевых транзисторов – активных полупроводнико­вых приборов, в которых используются эффекты дрейфа основных носителей под действием продольного электрического поля и моду­ляции дрейфового тока поперечным электрическим полем. Действие полевых транзисторов основано на перемещении только основных носителей заряда в полупроводниковом материале, в связи с чем эти транзисторы называют униполярными в отличие от биполярных, использующих оба типа носителей.

МДПТ имеют существенные преимущества перед би­полярными по конструкции (размеры и занимаемая ими площадь от­носительно невелики, в принципе, отсутствует необходимость их изо­ляции) и электрофизическим параметрам (низкий уровень шумов, устойчивость к перегрузкам по току, высокие входное сопротивление и помехоустойчивость, малая мощность рассеивания, низкая стои­мость).

В то же время БИС на МДПТ уступают БИС на бипо­лярных транзисторах в технологической воспроизводимости, ста­бильности параметров и быстродействии.

Рис. 1. Конструкция МДП транзистора

МДПТ имеет четыре электрода: исток, сток, затвор и подложку (см. рис 1). Полупроводниковая область, от которой начинается дрейф основных носителей, называется истоком, область, в которой осуществляется дрейф основных носителей и амплитудная модуляция дрейфового тока, – каналом, область, к которой под дей­ствием поля движутся (дрейфуют) основные носители, – стоком, металлическая или полупроводниковая область, используемая для создания модуляции дрейфового тока, – затвором. Подложка явля­ется конструктивной основой МДПТ.

Области истока и стока одного типа электропроводности формируют на не­котором расстоянии l_k друг от друга ло­кальной диффузией или ионным леги­рованием (рис. 1). Они самоизолиро­ваны друг от друга p-n переходами. Между ними поверх слоя диэлект­рика расположен затвор, выполненный из проводящего материала.

Рис. 2. Структуры и условные обозначения МДПТ со встроенными

п-(а) и р-каналом (б), с индуцированными п- (в) и р-каналом (г);

И - исток; 3 — затвор; С — сток; П — подложка

В зависимости от типа основных носителей тока в канале раз­личают п-канальные и р-канальные МДПТ. По конструктивно-технологическому исполнению МДПТ подраз­деляют на две разновидности: со встроенным и с индуцированным каналами (рис.2). Встроенный канал предусмотрен конструктивно и создается на этапе производства транзистора легированием при­поверхностной области между истоком и стоком.

Электрическое сопротивление канала зависит от его длины l_k и ширины b_k, оно модулируется напряжением на затворе и, и зави­сит от напряженности наведенного поля в полупроводнике, обратно пропорционально толщине диэлектрика и прямо пропорционально диэлектрической проницаемости диэлектрика ε_Д.

Помимо деления МДПТ по основному признаку – способу формирования и типу электропроводности проводящего ка­нала – существует и более детальная классификация, учитывающая конструктивно-технологическое исполнение МДПТ, например по материалу затвора (с алюминиевыми, молибденовыми, поликремниевыми затворами); сочетанию с другими элементами в микросхеме, например комплементарные МДПТ (КМДПТ), т. е. взаимодополняющие, сформированные в одном кристалле р- и п-канальные транзисторы; по функциям, вы­полняемым в схеме, например активные и нагрузочные транзисторы.

Нагрузочные МДПТ используют в составе микросхем в качестве резисторов. Необходимое значение сопротивления канала этих транзисторов создается конструктивно (выбором геометриче­ских размеров канала) и схемотехнически (подачей на его затвор потенциала определенной величины).

МДПТ могут служить в схеме и в качестве конден­саторов, для чего можно использовать емкости структур затвор – подложка или емкости обратносмещенных р-п переходов сток (исток) – подложка.

Таким образом, МДПТ может быть основным и единст­венным элементом МДП-микросхем. Он может выполнять функции как активных приборов (ключевой транзистор в инверторе, усили­тельный транзистор), так и пассивных элементов (нагрузочный тран­зистор в инверторе, конденсатор в элементе памяти). При проекти­ровании МДП-микросхем можно обходиться только одним элемен­том – МДПТ, конструктивные размеры которого и схе­ма включения будут зависеть от выполняемой функции. Это обстоя­тельство дает существенный выигрыш в степени интеграции (полу­проводниковые резисторы и конденсаторы занимают большую пло­щадь и требуют для себя отдельную изолированную область, кроме того, наличие пассивных полупроводниковых элементов влечет за собой появление дополнительных паразитных элементов, в частности паразитных емкостей, существенно ухудшающих частотные свойства микросхем).