ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД.

1. Основная

1. Дорохина Е.Ю., Халиков М. А. Моделирование микроэкономики. ─М.: ЭКЗАМЕН, 2003.

2. Экономико-метематические методы и модели. Под ред. проф. А.В. Кузнецова. ─ Минск: БГЭУ, 2000.

3. Экономико-математические методы и прикладные модели / под ред. Федосеева В.В. – М.: ЮНИТИ, 1999.

4. Шелобаев С.И. Математические методы и модели в экономике, финансах, бизнесе. Учебное пособие для ВУЗов. ─ М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.

5. Экономико-математическое моделирование. Под ред. проф. И.Н.Дрогобыцкого. Учебник. ФИНАНСОВАЯ АКАДЕМИЯ ПРИ ПРАВИТЕЛЬСТВЕ РФ. – М.:ЭКЗАМЕН, 2004.

6. Федосеев В.В., Эриашвили Н.Д. Экономико-математические методы и модели в маркетинге. Учебное пособие для ВУЗов. / Под ред. В.В. Федосеева. ─ М.:

7. Шелобаев С. И. Экономико-математические методы и модели. Второе издание. ─ М.: ЮНИТИ, 2005.

1. Дополнительная

1. Абчук В.А. Экономико-математические методы. ─СПб: Союз, 1999.

2. Багриновский К.А., Матюшок В.М. Экономико-математические методы и модели (микроэкономика). – М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 1999.

3. Большаков А.С. Моделирование в менеджменте. Учебное пособие. - М.: Филинъ, 2000.

2. Горчаков А.А., Орлова И.В. Компьютерные экономико-математические модели. – М.: «Компьютер» Изд-во ЮНИТИ, 1995.

3. Замков О.О., Черемных Ю.А., Толстопятенко А.В. Математические методы в экономике. Под общей ред. Сидоровича А.В. 2-ое издание. – М.: Дело и сервис, 1999.

4. Ильченко А.Н. Экономико-математические методы. М.: Финансы и статистика, 2006.

5. Лопатников Л.И. Экономико-математический словарь 4-е издание – М.: Наука, 1996.

6. Монахов А. В. Математические методы анализа экономики. Учебное пособие. СПб.: ПИТЕР, 2002.

7. Малыхин В.И. Математика в экономике. Учебное пособие. ─ М.: ИНФРА-М, 2001.

8. Орлова И.В. Экономико-математические методы и модели. Выполнение расчетов в вреде Excel / Практикум. Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Финстатинформ, 2000.

9. Тарасевич В.М. Экономико-математические методы и модели в ценообразовании. В 2-х частях – Л.: ЛФЭИ, 1991 .

10. Томас Р. Количественные методы анализа хозяйственной деятельности / пер. с англ. - М.: Дело и сервис, 1999.

11. Хайман Д.Н. Современная микроэкономика: анализ и применение. В 2-х томах. Пер. с англ. – М.: Финансы и статистика, 1992.

12. Шрайбер Т.Дж. Моделирование на GPSS. Пер. с англ. Под ред Файнберга. – М.: Машиностроение, 1980.

13. Эддоус М., Стэнннсфилд Р. Методы принятия решений / Пер. с англ. под ред. член-корр. РАН И.И.Елисеевой. – М.: Аудит, ЮНИТИ, 1997.

^[1] Гранберг А.Г. Моделирование социалистической экономики. – М.: Экономика, 1988.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ 4

ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД. 5

1.1 Образование электронно-дырочного (р-n) перехода. 5

1.2 Электронно дырочный переход в состоянии теплового равновесия. 7

1.2.1 Резкий несимметричный переход. 7

1.2.2 Плавный переход. 9

1.3 Барьерная емкость р-n-перехода. 9

1.4 Электронно дырочный переход при нарушении равновесия. 10

1.5 Граничная концентрация неосновных носителей в базе. 12

1.6 Распределение концентрации неосновных носителей в базе. 13

1.6.1 Общий случай. 13

1.6.2 Случай длинной базы.. 13

1.6.3 Случай тонкой базы.. 14

1.7 Аналитические выражения для ВАХ р-n-переходов. 15

1.7.1 Общее выражение. 15

1.7.2 Случай длинной базы.. 16

1.7.3 P-n переход с тонкой базой. 16

1.8 Генерация и рекомбинация носителей в ОПЗ р-n-переходов. 17

1.9 Диффузионная емкость. 20

1.10 Высокий уровень инжекции. 21

1.11 Пробой р-n-перехода (диода) 23

1.11.1 Лавинный пробой. 24

1.11.2 Туннельный пробой. 26

1.12 Переходные процессы в р-n-переходе. 29

1.13 Зависимость параметров и характеристик p-n-перехода от температуры.. 33

Контрольные вопросы.. 36

ГЛАВА 2. КОНТАКТЫ МЕТАЛЛ – ПОЛУПРОВОДНИК.. 37

2.1 Барьер Шоттки. 37

2.2 Диод Шоттки. 42

2.3 Невыпрямляющий (омический) контакт. 44

Контрольные вопросы.. 46

ГЛАВА 3. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ.. 46

3.1 Общие сведения. 46

3.2 Принцип работы и коэффициент передачи токаодномерной идеализированной модели биполярного транзистора (БТ) 51

3.2.1 Схема с ОБ. 51

3.3 Модель Эберса-Молла. 56

3.4 Распределение потоков носителей в реальной одномерной модели БТ в активном нормальном режиме. 58

3.5 Отклонения от модели Эберса-Молла в реальном транзисторе. 59

3.5.1 Отклонения по току. 59

3.5.2 Отклонение по напряжению.. 64

3.6 Статические ВАХ биполярного транзистора. 67

3.6.1 Схема с ОЭ.. 68

3.7 Зарядовая модель биполярного транзистора. 69

3.8 Импульсные свойства БТ. 72

3.8.1 Переходные процессы при воздействии малого сигнала. 72

3.8.2 Импульсные свойства БТ при малом сигнале. 72

3.8.3 Импульсный режим работы БТ при большом сигнале. 74

3.9 Физические эквивалентные схемы для малого сигнала. 76

3.10 Характеристические частоты транзистора. 79

3.11 Пробой транзистора. 82

3.12 Тип структур биполярных СВЧ-транзисторов. 85

Контрольные вопросы.. 87

ГЛАВА 4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ.. 89

4.1 Общие сведения. 89

4.2 МОПтранзисторы.. 90

4.2.1 Идеальная МДП-структура. 90

4.2.1.1 Эффект поля в идеальной МДП-структуре. 91

4.2.2 Реальная МДП-структура. 94

4.2.3 Величина порогового напряжения и пути ее регулирования. 97

4.2.4 Статические ВАХ МОПТ работающего в режиме обогащения. 99

4.2.5 Параметры МОПТ. 107

4.2.5.1 Подвижность и механизмы рассеяния носителей в канале. 107

4.2.5.2 Повышение подвижности с использованием технологии напряженного кремния 109

4.2.5.3 Статические параметры.. 110

4.2.5.4 Дифференциальные параметры.. 113

4.2.6 Физическая эквивалентная схема и частотные свойства МОПТ. 114

4.3 1.1 МОПТ с коротким и узким каналами. 116

4.3.1 Подпороговые токи. 118

4.3.2 Уменьшение порогового напряжения. 124

4.3.3 Пороговое напряжение узкоканальных транзисторов. 126

4.3.4 Эффект паразитного биполярного транзистора. 129

4.3.5 Сквозное обеднение канала. 131

4.3.6 Заряд окисла. 131

4.3.7 Оптимизация структуры истоков и стоков. 133

4.3.8 Особенности масштабирования МОПТ. 134

4.3.9 Перспективные структуры для дальнейшего повышения быстродействия МОПТ 135

4.3.10 МОПТ для аналоговых применений. 139

4.4 Физические и конструктивно-технологические ограничения при проектировании маломощных МОПТ. 142

Контрольные вопросы.. 145

ГЛАВА 5. Комплементарные МОП схемы.. 145

5.1 Общие сведения. 145

5.2 Особенности проектирования КМОП схем с технологической нормой более 0,25мкм 147

5.3 Паразитные транзисторные структуры.. 149

5.4 Защелкивание КМОП структур. 151

5.5 ПОТЕРЯ МОЩНОСТИ В КМОП БИС.. 155

5.5.1 Статическая рассеиваемая мощность. 156

5.5.2 Динамическая рассеиваемая мощность. 159

5.5.3 Рассеивание мощности в динамических КМОП БИС.. 162

5.5.4 Основные методы минимизации энергопотребленияКМОП схем. 165

5.5.5 Физические и конструктивно-технологические ограничения при проектировании маломощных МОПТсхем. 166

Контрольные вопросы.. 169

ГЛАВА 6. Полевой транзистор с затвором Шоттки. 169

6.1 Пороговое напряжение. 169

6.2 Статистические ВАХ ПТШ... 171

6.3 Cопротивления стока и истока. 177

6.4 Характеристические частоты транзистора. 178

6.5 Современные структуры транзисторов. 181

6.6 Сравнительная характеристика полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и ПТШ... 182

Контрольные вопросы.. 183

Литература 184

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие «Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем» включает в себя две части и базируется на конспекте лекций, которые в течение трех семестров читаются студентам БГУИР специальностей «Микро- и наноэлектронные технологии и системы» и «Квантовые информационные системы». Предлагаемая вашему вниманию первая часть учебного пособия посвящена физике работы активных элементов интегральных микросхем.

Пособие включает в себя 6 разделов. В первом разделе достаточно подробно рассматриваются физические принципы работы электронно-дырочного (p-n) перехода, который является составной и основной частью многих активных элементов интегральных микросхем. Процессы, происходящие в p-n переходе при прямом и обратном смещениях во многом определяют принцип работы биполярных, да и не только биполярных структур.

Контакт Шоттки, принцип построения и энергетические диаграммы которого анализируются во втором разделе, является основой многих успешно применяющихся в настоящее время структур: диод Шоттки, транзистор Шоттки и полевой транзистор с затвором Шоттки. Более подробно анализ работы приборов с контактом Шоттки будет проведен в третьем разделе этой части пособия и во второй ее части. Во втором разделе анализируются также основные параметры невыпрямляющих омических контактов.

Анализ физики работы биполярного транзистора в третьем разделе, традиционно начинается с рассмотрения работы бездрейфового биполярного транзистора, а также анализируется особенности его работы при наличии встроенного электрического поля в базе. Разновидности топологии мощных СВЧ биполярных транзисторов, о которых упоминается в этом разделе, а также конструкции и физика работы гетеробиполярных транзисторов будут рассмотрены во второй части пособия.

В четвертом разделе в ознакомительном аспекте рассматриваются принципы работы всех полевых транзисторов как канальных, так и МОП транзисторов, а подробно – физика работы МОП транзисторов (МОПТ), работающтх в режиме обогащения. При анализе их работы большое внимание уделено критериям и эффектам краткоканальности: снижению величины порогового напряжения, увеличению подпорогового тока, уменьшению свободных носителей в канале, эффективной подвижности крутизны и величины напряжения прибоя. Рассматриваются существующие методы увеличения крутизны и приводятся современные и перспективные структуры МОПТ. Анализируются физические и конструктивно-технологические ограничения, возникающие при масштабировании МОПТ.

На протяжении уже более 20 лет основным активным элементом интегральной схемотехники является КМОП ИМС, Поэтому пятый раздел пособия посвящен физике работы, конструкции и особенностям проектирования КМОП схем. В разделе анализируются основные механизмы рассеивания мощности в КМОП схемах и методы минимизации их энергопотребления.

Полевой транзистор с затвором Шоттки на основе арсенида галлия – современный вид активного элемента, способного работать в СВЧ диапазоне. В шестом разделе пособия анализируются физика работы, основы расчета и современные структуры транзисторов.

ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД.