Кмоп-транзисторы и их миниатюризация

1.Электрофизические свойства полупроводников

· Найдите равновесные концентрации электронов и дырок для однородно легированного кремниевого полупроводника при следующих условиях:

· Пять кремниевых образцов имеют концентрацию донорной легирующей примеси, меняющейся от образца к образцу на порядок в диапазоне от 10¹³ см^-3 до 10¹⁷ см^-3. Во всех случаях N_D>>N_A , а Т=545К. Вычислите для всех образцов концентрации электронов и дырок;

· Для вышеописанных пяти образцов вычислите собственный уровень Ферми, уровень Ферми и нарисуйте зонные диаграммы;

· Пусть одномерный полупроводниковый стержень вдоль оси Х неоднородно залегирован:

Нарисуйте его зонную диаграмму в состоянии равновесия, указав на ней E_C, E_V, E_i, E_F.

· Рассчитайте, чему вышеописанном случае равна напряженность встроенного электрического поля и чему – разность потенциалов на концах полупроводника?

· Используя модели для диффузионных и дрейфовых токов, вычислите направления электронной и дырочной составляющей этих токов в p-n-переходе.

2.Электрофизические свойства МДП-структуры

· Поясните, что такое – пороговое напряжение МОП-структуры;

· Приведите точную модель, описывающую пороговое напряжение как функцию от толщины подзатворного окисла и концентрации легирующей примеси в подложке;

· Поясните, что такое – напряжение плоских зон, дайте описание зарядов в диэлектрике, которые определяют напряжение плоских зон;

· Нарисуйте зонные диаграммы МОП-структуры с отрицательным и положительным пороговым напряжением, а также в состоянии плоских зон.

3. ВАХ МОП- транзистора

· Поясните принцип действия МОП-транзистора с индуцированным каналом n- и р-типа;

· Поясните, чему равняется напряжение насыщения, при каких условиях возникает режим отсечки канала и почему в этом режиме ток стока продолжает течь? Ответ пояснить графически, точно нарисовав геометрическую форму канала, область отсечки и границу области обеднения.

· Поясните, что такое – крутизна МОП-транзистора и каким образом ее можно определить графически?

· Выпишите уравнения ВАХ МОП-транзистора для модели Шихмана-Ходжеса (Level-1 PSpice), нарисуйте ее черный ящик и опишите точный список параметров

· Если состояние МОП-транзистора описывается рисунком слева, то укажите на рисунке справа, какой точке ВАХ оно соответсвует:

· Выведите модель граничной частоты МОП-транзистора.

4. КМОП-технологии

· Поясните графически, подробно описав технологический маршрут изготовления, что такое – КМОП- транзисторы с самосовмещенным затвором?

· Поясните, что такое – норма проектирования – и почему коэффициент масштабирования КМОПТ в соответствии с законом Мура равен 0,7?

· Верно ли следующее утверждение – в современных субмикронных КМОПТ затвор выполнен из сил легированного поликремния?

5. Миниатюризация КМОП-транзисторов

· Опишите, от каких параметров зависит быстродействие МОПТ;

· Опишите основные направления в изменении параметров и основные компромиссы в процессе их изменения, возникающие при миниатюризации МОПТ;

· Пусть подзатворный диэлектрик – двухслойный, т.е. состоит из SiO2/Si3N4 с толщинами 8 А и 5 А соответственно. Рассчитайте эквивалентную толщину оксида EOT и удельную входную емкость МОПТ.

· Используя правило масштабирования транзистора с постоянным полем, выведите законы скейлинга для тока, задержки и рассеиваемой мощности;

· Используя правило масштабирования транзистора с постоянным напряжением, выведите законы скейлинга для тока, задержки и рассеиваемой мощности.