P-канальный моп – транзистор со встроенным каналом

 

 

 

Входная характеристика:

 

 

26.Ключ на МОП транзисторе с резистивной нагрузкой.

в качестве нагрузки здесь используется аналогичный следующий каскад на таком же транзисторе.

 

Характеристики:

 

 

 

 

В точке А на входе Uз < Uпор и транзистор закрыт. Ток через него определяется током обратно включенного p-n-перехода (Iс-з). Это режим отсечки. Напряжение на выходе приближенно равно Uп. Если на вход подается напряжение больше Uпор, то транзистор временно переходит в активный режим (область А-В), причем ток, проходящий через транзистор значительно больше тока в т. В (тока открытого состояния транзистора). Очевидна закономерность: чем меньше время переключения, тем лучше параметры ключа, тем меньше потребляемая мощность.

32.Классификация элементов памяти на МОП транзисторах.

Цифровые микросхемы памяти предназначены для хранения, обработки информации. Поэтому можно пожертвовать быстродействием в пользу повышения хранимой и обрабатываемой информации.

С функциональной точки зрения схемы памяти делятся на два вида:

1. Оперативно – запоминающие устройства (ОЗУ), или что то же самое, запоминающие устройства с произвольной выборкой (ЗУПВ).

2. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ).

Схемы ОЗУ - это такие схемы, в которых запись и считывание информации может производиться по мере необходимости. Они применяются только для хранения данных, являющихся непосредственно объектом обработки. Информации в ОЗУ сохраняются пока включено питающее напряжение.

ОЗУ делятся на два подвида:

1. Статические – ОЗУПВ(С) {(SRAM) random access memory} – они могут хранить информацию сколь угодно долго пока подано Uпит.

2. Динамические – ОЗУПВ(D) (DRAM) - хранят информацию ограниченное время и требуют периодического восстановления данных, но зато они обладают максимальной информационной ёмкостью, а ОЗУПВ (SRAM) – максимальным быстродействием.

 

ПЗУ (ROM) могут хранить информацию при отключённом питании. Пример хранения информации: различные коды, данные о параметрах процессора и т.д. {Read-only memory}.

Постоянные запоминающие устройства подразделяются на четыре подвида:

- с масочным программированием (ПЗУ);

- однократно программируемые путём пережигания плавких перемычек (ППЗУ);

- ре-программируемые (стираемые) запоминающие устройства (СППЗУ);

- электрически изменяемые запоминающие устройства (ЭСППЗУ), или (ЭИПЗУ).

 

 

30.31.Ключ на КМОП транзисторах; принцип работы и характеристики. Топологическая структура ключа на КМОП транзисторах.

 

Комплиментарные – КМОП – транзисторы - симметричные транзисторы, один из которых с n – каналом - активный, другой с р- каналом – нагрузочный, при этом каналы индуцированные. В отличие от предыдущей схемы, где один транзистор был открыт, а другой закрыт, здесь открыты оба в малый момент времени переключения. В связи с этим - потребление мощности в статическом режиме доли мВт, но с повышением частоты мощность повышается.

В этом случае структуры транзисторов, размеры каналов, параметры одинаковы.

 

На данном рисунке изображены отдельные характеристики транзисторов

Выходные характеристики:

 

1- Uвх<1 – транзистор Та – закрыт, Тн – открыт. На выходе Uпит = 5В

 

2 – Uвх до 2,5В. Та начинает приоткрываться, а Тн ещё открыт. Рабочая точка движется по пересечению характеристик и течёт небольшой ток через Та

3 – Uвх = 2,5В. Оба транзисторы находятся в открытом состоянии очень короткое время t.

При дальнейшем повышении Uпор на Та и при достижении U = 4В рабочая точка перемещается в точку 4, где Та - открыт, а Тн – закрыт.

Как и в предыдущем варианте требуются охранные кольца из n+-Si вокруг р – канала транзистора и из р +- Si вокруг n - канала транзистора.

 

Недостатки КМОП – ключа

1. Образуется паразитные р-n-р-n –тиристорные структуры. Они склонны к самопроизвольному (пробою). 2. Токи утечки, если нет охранных колец, связаны с образованием паразитных каналов инверсной проводимости.

Лучшим вариантом является КМОП на сапфировой подложке. На подложку Al2O3 наносится слой Si(1,0,0) и в нем обычным способом формируетсяКМОП транзистор. После этого проводится специальное сглаживающее травление, чтобы металлическая разводка не испытывала резких изломов, на которых будут скапливаться дефекты кристаллической структуры.

 

КМОП-транзисторы на сапфировой подложке обладают минимальным током утечки, отсутствующие ёмкости между соседними приборами не требуют изготавливать охранных колец и толстых слоёв SiO2, то есть проблем паразитной инверсии проводимости не существует. Все приборы на диэлектрике более радиационной стойкости, следовательно размеры уменьшаются на 50% по сравнению с приборами из кремния, так же увеличивается быстродействие.

29.Ключ на активном n-МОП транзисторе(с индуцированным каналом) с нагрузочным n-МОП транзистором с встроенным каналом.

T_н – n-МОП со встроенным каналом

T_А – n-МОП с индуцированным каналом

Транзистор Tн всегда открыт независимо от Uпит, следовательно перезаряд нагрузочной емкости происходит значительно быстрее, чем в случае с резистивной нагрузкой.

Пусть на входе U < Uпор (логический 0). Тогда T_А закрыт, т.е. на выходе логическая 1 (Сн заряжается от U = Uпит).

А- активный транзистор в режиме насыщения, а нагрузочный транзистор находится в активном режиме.

В- оба находятся в режиме насыщения- переключение ключа. Выходное напряжение в пределах этой области меняется скачком.

С- пологий участок нагрузочного транзистора.

 

При подаче на вход активного транзистора U Uпор (логическая 1) Активный транзистор открывается и по нему течёт ток, этот же ток течёт и по нагрузочному транзистору. Этим током разряжается ёмкость нагрузки C нагр, на выходе получаем логический «0», но он появится, если параметры нагрузочного транзистора и активного транзистора будут правильно выбраны.

 

Крутизна нагрузочного транзистора:

 

 

- подвижность электронов в канале(в данном случае они одинаковы)

Удельная ёмкость тоже практически одинакова.

Относительная крутизна:

 

 

Только при таких значения получится приемлемая передаточная характеристика.

Передаточная характеристика

Передаточная характеристика – зависимость Uвых от Uвх, она может быть прямая и обратная.

В данном случае на рисунке изображена идеализированная

передаточная характеристика

I – на выходе логическая 1

II- переходная область, происходит процесс переключения.

III – на выходе логический 0

 

27.28.Переходные характеристики ключа на МОП транзисторе с резистивной нагрузкой.

 

Прикладываем U > Uоткр. и через затвор пойдет ток.

Im связан с разрядом емкостной нагрузки следующего каскада.

 

b – удельная характеристики крутизна транзистора

- подвижность электронов в канале

С₀ - удельная емкость окисла (затвор - канал)

Z – ширина канала

L – длина канала

Ток, который ограничивается резистором в цепи, существенно ниже Im, т.к. через открытый транзистор течет ток не от напряжения питания, а из заряженной емкости. После того, как импульс кончился, ток быстро уменьшается до нуля, время спада определяется емкостью затвора С_з и сопротивлением канала r_к:

 

 

Все эти емкости создают Cнагрузки.

Паразитные емкости Cз-и Cз-с можно уменьшить, если избежать самосовмещения полоски затвора и областей стока и истока. Емкость же Сз-к существует всегда, т.к. обусловлена конструктивно.

Время фронта:

Q = C_нU_пит

- время разряда емкости.

После t2 емкости заряжаются, причем очень долго, т.к. зарядка идет через сопротивление нагрузки.

t_c = R_нC_н – время спада

Инверторы на МОП – транзисторах используются редко.