1.Электрофизические свойства МДП-структуры
· Поясните, что такое – пороговое напряжение МОП-структуры; Нарисуйте зонную диаграмму МОП-структуры с р -подложкой в состоянии, когда напряжение на затворе равно пороговому.
· Приведите точную модель, описывающую пороговое напряжение как функцию от толщины подзатворного окисла и концентрации легирующей примеси в подложке; поясните, каким образом в данной модели учитывается материал затвора?
· Поясните, что такое – напряжение плоских зон, дайте описание зарядов в диэлектрике, которые определяют напряжение плоских зон; поясните, каким образом концентрация легирующей примеси в подложке влияет на напряжение плоских зон?
· Нарисуйте зонные диаграммы МОП-структуры с отрицательным и положительным напряжением на затворе, а также в состоянии плоских зон. Поясните, почему при положительном напряжении зоны изгибаются вниз (а не вверх), а при отрицательном – вверх?
· Как изменится зонная диаграмма МОП-структуры если на подложку приложить напряжение смещения UB?
2.Проектирование основных параметров МОПТ
N-MOПТ с n+ поликремниевым затвором и толщиной подзатворного окисла в 10нм изготавливается на кремниевой подложке с концентрацией легирующей примеси в ней 1016 см-3. Глубина исток-стоков составляет 0,25 мкм. Используя справочную и теоретическую информацию и считая, что напряжение на подложке равно нулю и встроенными зарядами в окисле можно пренебречь определите:
– пороговое напряжение транзистора и пробивное напряжение стокового перехода;
– напряжение смыкания для длины канала 1мкм;
–необходимую дозу подлегирования канала мелкозалегающей примесью бора, которая позволит установить пороговое напряжение в ровно 0,7 В.
В КМОП-процессе с n+ поликремниевым затвором используется n-подложка с концентрацией легирующей примеси 1016 см-3. При этом формируется р-карман, профиль легирующей примеси в котором описывается функцией распределения Гаусса с поверхностной концентрацией в конце процесса разгонки при Т=1150ºС, равной 1016 см-3. Глубина кармана – 3 мкм. Определите:
– время диффузионного процесса при создании кармана;
– дозу легирующей примеси;
– пороговые напряжения транзистора на материале подложки и материале кармана, если толщина подзатворного равна 10 нм. (зарядами в окисле - пренебречь).
3. ВАХ МОП- транзистора
· Пояснитепринцип действия МОП-транзистора с индуцированным каналом n - и р -типа;
· Выпишите уравнения ВАХ МОП-транзистора для модели Шихмана-Ходжеса (Level-1 PSpice), нарисуйте ее черный ящик и опишите точный список параметров
· 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 как с помощью модели Шихмана-Ходжеса рассчитать напряжение насыщения?
· Поясните, что такое – крутизна МОП-транзистора и каким образом ее можно определить графически? Какое важное качество МОПТ определяет его крутизна? По модели Шихмана-Ходжеса вычислите в случае схемы с общим истоком зависимость крутизны от напряжения на стоке.
· 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 сильно легированного поликремния? Поясните, какой параметр модели порогового напряжения задается этим слоем. И можно ли затворы n -канальных и p -канальных транзисторов легировать одной и той же примесью?
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. В чем состоит физический смысл параметра EOT?
· 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.