1 ε Άζθεζε MOSFET Δθθώλεζε

Transcript

1 1 ε Άζθεζε MOSFET

2 1 ε Άζθεζε MOSFET Δθθώλεζε 1. Σρεδηάζηε ηε γξαθηθή παξάζηαζε I D V ds γηα έλα ηξαλδίζηνξ MOSFET. Ξερσξίζηε ηηο δηάθνξεο πεξηνρέο κεηαμύ ηνπο. Σρεδηάζηε έλα transistor MOSFET. Δμεγήζηε ηε ζπκπεξηθνξά ηνπ θαλαιηνύ ζηελ θάζε πεξηνρή. 2. Τη είλαη θαη πόηε ζπκβαίλεη ην ζεκείν pinch-off 3. Σρεδηάζηε ηε ζπκπεξηθνξά γηα δηαθνξεηηθά V gs

3 Δξώηεκα 1 - Λύζε

4 Δξώηεκα 1 - Λύζε Πεξηνρή Απνθνπήο OFF Γξακκηθή πεξηνρή (Ψκηθή ιεηηνπξγία) Αξρή ηνπ Κνξεζκνύ (pinch-off) Πεξηνρή Κνξεζκνύ (Saturation)

5 Δξώηεκα 2 - Λύζε Σεκείν έλαξμεο ηνπ θνξεζκνύ Pinch-Off Σην pinch-off ην θαλάιη εμαθαλίδεηαη ζηελ πεξηνρή ηνπ drain. Γηα V DS > V DSsat ηo I D παξακέλεη ζηαζεξό

6 Δξώηεκα 3 - Λύζε Τν ζεκείν pinch-off κεηαηνπίδεηαη αλαιόγσο ηεο ηάζεο V GS. Όζο μεγαλύηεπη η ηάζη V GS ηόζο μεγαλύηεπη και η ηιμή ηος ζημείο pinch-off V V V V pinchoff DSsat GS TH V GS =+1V V GS =+2V

7 2 ε Άζθεζε MOSFET

8 2 ε Άζθεζε MOSFET Δθθώλεζε 1. Αο ππνζέζνπκε όηη έλα ηξαλδίζηνξ ιεηηνπξγεί ζηνλ θνξεζκό θαη όηη V TH = 0.4V. Βξείηε ην ιόγν W/L έηζη ώζηε ην ηξαλδίζηνξ λα έρεη I D = 40 κα όηαλ V GS = 1V. Γίλεηαη όηη ην γηλόκελν μ n C ox = 100 κa/v 2. Αξρηθά αγλνήζηε ην θαηλόκελν δηακόξθσζεο θαλαιηνύ. 2. Aλ ε ηερλνινγία πνπ ρξεζηκνπνηνύκε είλαη 45 nm, ηόηε πόζν είλαη ην ειάρηζην L θαη ην αληίζηνηρν W; 3. Πώο ζα άιιαδε ην I D, αλ γηα ην παξαπάλσ ηξαλδίζηνξ (κε ηα W θαη L πνπ βγάιαηε) πάξνπκε ππόςηλ καο ην θαηλόκελν δηακόξθσζεο θαλαιηνύ γηα ηελ ηάζε V DS = 2.2V (ι = 0.1 V -1 ); 8 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. Σαξάθεο Παλαγηώηεο 1/21/2017

9 Λύζε - Δξώηεκα 1 ν Πεξηνρή κοπεζμού (Saturation region) 2 2 ncox W 100 μa/v W 2 I D VGS VTH 0.36V 2 L 2 L W 40μA L 0.36V 100 μa/v Η παξαπάλσ εμίζσζε είλαη ιεηςή γηαηί αγλνεί ην θαηλόκελν ηεο δηακόξθσζεο ηνπ κήθνπο ηνπ θαλαιηνύ αλάινγα κε ηε V DS. Δίλαη ν ιόγνο πνπ νη θακπύιεο ζην γξάθεκα έρνπλ κε κεδεληθή θιίζε

10 Λύζε - Δξώηεκα 2-3 ν 2. Η ηερλνινγία 45nm ζεκαίλεη όηη ην ειάρηζην κήθνο θαλαιηνύ είλαη L=45nm. Οπόηε από παξαπάλσ W=100nm 3. Γηακόξθσζε Μήθνπο Καλαιηνύ Channel Length Modulation C W n OX 2 I V V D GS TH V V DS DSsat 2 L 1 όπνπ: λ είλαη έλαο ζπληειεζηήο πνπ παίξλεη ππόςηλ ην θαηλόκελν δηακόξθσζεο ηνπ κήθνπο ηνπ θαλαιηνύ V GS =+1V V DS =+6V V DS =+4V V DS =+2V

11 Λύζε - Δξώηεκα 3 ν ζπλέρεηα 3 ζπλέρεηα: C W n OX 2 I V V V V GS DS 2 L 1 D TH DSsat -1 I V (2.2 V 0.6 V) 46.4 D

12 3 ε Άζθεζε Γηεξγαζίεο

13 3 ε Άζθεζε Γηεξγαζίεο Σρεδηάζηε ηε δηαδηθαζία θαηαζθεπήο ηεο παξαθάησ δηάηαμεο πεξηγξάθνληαο 1 πξνο 1 ηα βήκαηα poly-si ΤΟΜΔΣ Α Α ΑΑ Β Β ΒΒ Αινπκίλην (Al) ΚΑΤΟΧΗ n-well p-si

14 Πεξηγξαθή ησλ Γηεξγαζηώλ 1 Απσικό wafer Si Υγπή οξείδυζη γηα ηελ αλάπηπμε SiO 2 πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζεί σο κάζθα γηα ηελ εκθύηεπζε Βλέπε 6 η διάλεξη

15 Πεξηγξαθή ησλ Γηεξγαζηώλ 2 Εναπόθεζη Φυηοεςαίζθηηηρ Ρηηίνηρ γηα ηε θσηνιηζνγξαθία Βλέπε 6 η διάλεξη Φυηολιθογπαθία κέζσ ηεο θαηάιιειεο κάζθαο Μάζκα Βλέπε 6 η διάλεξη

16 Πεξηγξαθή ησλ Γηεξγαζηώλ 3 Αθαίπεζη ηηρ πολςμεπιζμένηρ πηηίνηρ (Developing) Βλέπε 6 η διάλεξη Εγσάπαξη Οξειδίος SiO 2 Ξεξή εγράξαμε Βλέπε 10 η & 11 η διάλεξη

17 Πεξηγξαθή ησλ Γηεξγαζηώλ 4 Αθαίπεζη πηηίνηρ Βλέπε 6 η διάλεξη Εμθύηεςζη Phosphorus και Annealing ελαιιαθηηθά δηάρπζε Phosphorus Βλέπε 7 η και 8 η διάλεξη

18 Πεξηγξαθή ησλ Γηεξγαζηώλ 5 Αθαίπεζη Οξειδίος Εναπόθεζη poly-silicon Βλέπε 8 η διάλεξη

19 Πεξηγξαθή ησλ Γηεξγαζηώλ 6 Λιθογπαθία και etching poly-silicon Μάζκα Βλέπε 6 η & 10 η διάλεξη

20 Πεξηγξαθή ησλ Γηεξγαζηώλ 7 Εναπόθεζη Αλοςμινίος (Al) π.ρ. κε e-beam evaporation Βλέπε 8 η διάλεξη

21 Πεξηγξαθή ησλ Γηεξγαζηώλ 8 ΑΑ Λιθογπαθία και etching Al Βλέπε 6 η & 10 η διάλεξη ΒΒ Μάζκα

22 4 ε Άζθεζε Ηιεθηξηθή Αληίζηαζε Μεηάιισλ ζηε Ναλνθιίκαθα

23 2 ε Άζθεζε MOSFET Δθθώλεζε 1. Τη εθθξάδεη ε αληίζηαζε θύιινπ (sheet resistance); 2. Υπνινγίζηε ην sheet resistance ελόο θύιινπ ραιθνύ πάρνπο t = 2.5 κm. Γίλεηαη όηη ε εηδηθή αληίζηαζε ηνπ ζπκπαγνύο ραιθνύ είλαη ξ = Ψ.m. 3. Πνηα είλαη ε αληίζηαζε ηεο παξαθάησ δηαζύλδεζεο ραιθνύ (πάρνο t = 2.5 κm): 200 κm 10 κm 10 κm 23 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. Σαξάθεο Παλαγηώηεο 200 κm 1/21/2017

24 2 ε Άζθεζε MOSFET Δθθώλεζε 4. Πνηα είλαη ε αληίζηαζε ελόο θύιινπ ραιθνύ πάρνπο t = 60 nm 5. Πνηα είλαη ε αληίζηαζε ηεο παξαθάησ δηαζύλδεζεο ραιθνύ (πάρνο t = 60 nm): 10 κm 110 nm 1 κm 9 κm 24 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. Σαξάθεο Παλαγηώηεο 1/21/2017

25 Resistivity (10-8 Ψ.m) Resistivity (10-8 Ψ.m) 2 ε Άζθεζε MOSFET Δθθώλεζε 6. Πνπ νθείιεηαη ε δηαθνξά ζηελ εηδηθή αληίζηαζε ζηηο λαλνκεηξηθέο δνκέο Γίλνληαη ηα εμήο γξαθήκαηα: Πάρνο t = 60nm Πάρνο Cu (nm) Πιάηνο λαλνλήκαηνο Cu (nm)

26 1. Υπνινγηζκόο Αληίζηαζεο Φύιινπ H ανηίζηαζη Φύλλος Sheet resistance (R s ) είναι η ανηίζηαζη πος έσει ένα ηεηπάγυνο ηος ςλικού για ηο ζςγκεκπιμένο πάσορ R L Rs W R s t l L L R A tw t W R s R W R L L W 13 [Ψ/, Ψ ] R s = 5Ψ R = 65 Ψ R s R s R s R s R s R s R s R s R s R s R s R s R s

27 2. 3. R s t 2.5μm m m m m / L 410μm R Rs 6.72m 275.5m W 10μm 4. Από ην 1 ν γξάθεκα βιέπνπκε όηη ε εηδηθή αληίζηαζε απμάλεηαη ζηα κηθξά πάρε. Η λέα εηδηθή αληίζηαζε γηα πάρνο 60nm είλαη Ψ.m. Άξα: R s t 60nm m m m 9 366m /

28 5. Από ην 2 ν γξάθεκα βιέπνπκε όηη ε εηδηθή αληίζηαζε απμάλεηαη ζηα κηθξά πιάηε. Η λέα εηδηθή αληίζηαζε γηα πάρνο 60nm είλαη Ψ.m. Οπόηε δελ κπνξνύκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε ηελ R s πνπ βξήθακε ζην πξνεγνύκελν βήκα. Άξα: R s L m 20 m m m W t 110nm 60nm m m 6. Βιέπε 2 ε Γηάιεμε θαη ζπγθεθξηκέλα ηα παξαθάησ slides

29 Νόκνο Ohm V- Αξλεηηθή ηάζε V+ Θεηηθή ηάζε Αγσγνί: Ηιεθηξηθή Αληίζηαζε Ηλεκηπική Ανηίζηαζη Μεηάλλυν Διεύζεξα ειεθηξόληα Σύγκποςζη ηυν ελεύθεπυν ηλεκηπονίυν με ηα ιόνηα ηος πλέγμαηορ (κόξηα πνπ ηνπο ιείπεη ην ειεθηξόλην) R V I dv di Άδεηεο ζέζεηο Μεηαιιηθά ηόληα πνπ ηαιαληώλνληαη γύξσ από ηελ θεληξηθή ηνπο ζέζε Ξέλα άηνκα ζην πιέγκα 29 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. Σαξάθεο Παλαγηώηεο 1/21/2017

30 Μηθξνζθνπηθή Γνκή ζηξσκάησλ Φαιθνύ Κάηοτη νανοκαλυδίος Cu Τα πιηθά θαηά ηελ θαηαζθεπή ηνπο δνκνύληαη ζε κπςζηαλλικούρ κόκκοςρ Αλαιόγσο κε ηε κέζνδν θαηαζθεπήο έρνπκε θαη ην κέγεζνο ησλ θόθθσλ Μέζε Διεύζεξε Γηαδξνκή (mean free path MFP) ησλ e - νξίδεηαη σο ε απόζηαζε πνπ δηαλύνπλ κεηαμύ δύν ζπγθξνύζεσλ ζηα ηαιαληνύκελα ηόληα Bulk: ην MFP εμαξηάηαη από ηα ηόληα Νανοκλίμακα: ην MFP εμαξηάηαη από ηελ απόζηαζε κεηαμύ θόθθσλ αιιά θαη ησλ δηαζηάζεσλ Οη άζπξεο γξακκέο δείρλνπλ ηα όξηα ησλ θόθθσλ ηνπ Cu

31 Resistivity (10-8 Ψ.m) Resistivity (10-8 Ψ.m) Αληίζηαζε ζε Ναλνκεηξηθέο Γηαζηάζεηο Όηαλ νη διαζηάζειρ γίνονηαι ζςγκπίζιμερ με ηη μέζη ελεύθεπη διαδπομή bulk Δπεξεάδεηαη ε εηδηθή αληίζηαζε από ην πιάηνο θαη ην πάρνο ησλ γξακκώλ Ναλνλήκαηα Nanowires t = 130nm ιεπηό πκέλην Πάρνο Cu (nm) Πιάηνο λαλνλήκαηνο Cu (nm) λαλνλήκα

32 Γηάθνξεο Δξσηήζεηο

33 Παξαδείγκαηα Δξσηήζεσλ επί ηεο Θεσξίαο Πνηνο ν ξόινο ησλ λνζεύζεσλ ζηνπο εκηαγσγνύο. Πεξηγξάςηε ρξεζηκνπνηώληαο θαηάιιεια ζρήκαηα. Γηαηί ρξεζηκνπνηνύκε λνζεύζεηο ζην Si. Πνηα είλαη ηα ζπλήζε πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνύκε σο λνζεύζεηο ζην Si. Πώο ιεηηνπξγεί ην LED; Τη είλαη ε Φσηνιηζνγξαθία. Πνηα ε δηαθνξά ζεηηθήο θαη αξλεηηθήο θσηνιηζνγξαθίαο. Πνηεο νη δηαθνξεηηθέο κέζνδνη/ηερληθέο πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη; Πνηα ηα πιενλεθηήκαηα/κεηνλεθηήκαηα ηεο θάζε κεζόδνπ;