Материал: 61-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов ВГТУ. Строганов А.В
УДК 621.382.323
В.А. Дорохов, А.В. Арсентьев
РАЗРАБОТКА ТРАНЗИСТОРОВ МАЛОШ УМЯЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ ДЛЯ ПРЕДУСИЛЕНИЯ МАЛОГО СИГНАЛА
Необходимость точного измерения для разнообразных типов чувствительных приборов (датчиков), рассчитанных на очень низкие напряжения (порядка нановольт), обуславливает применение предусительных схем с использованием полевых транзис торов, доводящих уровень сигнала до микровольт.
Целью данной работы является разработка полевого транзистора для предусиления слабых сигналов, а также анализ его электрических характеристик.
Проводится моделирование конструкции пол евого транзистора с применением различных эпитаксиальных по дложек и концентраций легирующих примесей, что позволяет на основании полученных результатов определить оптимальные электрические параметры для поставленных целей. Ниже приведен ре зультат моделирования в технологическом САПР с применением разработанной технологии.
Схема транзистора
40
УДК 621
А.В. Арсентьев, Н.С. Булавина
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ JFET ПО ТЕХНОЛОГИИ CoolSiC
SiC - карбид кремния, предлагает альтернативу кремниевой технологии изготовления транзисторов.
Преимущества полупроводников из карбида кремния (SiC) с широкой запрещенной зоной обусловлены их более высоким электрическим полем, большей теплопроводностью, более высокой скоростью насыщения электронами и более низкой концентрацией собственных носителей по сравнению с кремнием (Si). Чрезвычайно низкие потери переключения и проводимости делают устройство еще более эффективным, компактным, легким и холодным.
Корпорация Infineon предлагает свою версию высоковольтного полевого транзистора под патентованным названием CoolSiC.
Транзистор CoolSiC с широкой запрещенной зоной очень привлекателен в качестве основного материала для силовых устройств благодаря низким потерям, улучшенным температурным характеристикам и высокой теплопроводности.
Эти преимущества приводят к более высокой эффективности системы, позволяют использовать более высокие частоты переключения, повышенную удельную мощность и снижение затрат на охлаждение. Благодаря концепции нормально включенного полевого транзистора полностью исключены любые связанные с надежностью проблемы. Устройство показывает очень хорошую стойкость к короткому замыканию.
Технология CoolSiC – это будущее для мощных полупроводниковых приборов. На основе технологии SiC разрабатывается семейство CoolSiC, которое сегодня является одним из наиболее востребованных в энергосберегающем оборудовании.
41
УДК 621.382.3
В.Р. Власик
МОДЕЛИРОВАНИЕ НОРМАЛЬНО ОТКРЫТОГО HEMT НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ GaN-Si
Всовременном производстве приборов все чаще применяются гетероструктуры на основе GaN. Данное направление рассматривается многими развитыми странами как одно из наиболее важных в связи с исчерпыванием возможностей по улучшению характеристик приборов на основе кремния. По данным агентства перспективных разработок США существующий уровень развития приборов на основе нитрида галлия по их основным параметрам, надежности и объему производства указывает на необходимость замены их предшественников в СВЧ-системах, таких как станции мобильной связи, спутниковые системы радиосвязи.
Полученные значения плотности мощности HEMTтранзисторов на основе GaN в 5-10 раз выше, чем у аналогичных приборов на GaAs, что в свою очередь обеспечивает улучшение качественных характеристик устройств по выходной мощности, эффективности, стоимости и массогабаритным размерам.
Внастоящий момент используются три основные направления в производстве гетероструктур, которые отличаются подложкой. Широкое распространение получили структуры GaN на сапфировых подложках и на подложках карбида кремния, но приборы, выпущенные на данных подложках, выходят достаточно дорогостоящими, в связи с чем развитие получило третье направление - подложки из кремния. Применение кремния в качестве подложки считается крайне перспективным благодаря нескольким факторам, а именно доступности высококачественных подложек диаметром до 12 дюймов и совместимости со стандартным оборудованием кремниевой технологии.
Вданной работе мы произведем расчет нормально открытого HEMT на основе гетероструктуры GaN-Si, с помощью программы TCAD, а также проведем экономический анализ производства элемента.
42
УДК 621.382.3
А.А. Гнездилов
МОДЕЛИРОВАНИЕ НОРМАЛЬНО ЗАКРЫТОГО HEMT НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ GaN-Si
На данный момент технологии производства кремниевых МОПтранзисторов дошли до совершенства и параметры этих устройств приблизились к теоретическому пределу, определяемому физическими возможностями кремния. Нитрид галлия превосходит кремний по ряду параметров. Именно поэтому изделия на базе нитрида более перспективны в качестве альтернативных МОП-транзисторов.
Целью данной работы является моделирование свойств транзистора с высокой подвижностью электронов и расчёт электрических характеристик.
Стоит отметить, что GaN-транзисторы отличаются от Siтранзисторов полупроводниковыми свойствами материалов. Во-первых, сопротивление открытого канала GaN-транзистора существенно ниже кремниевого. Во-вторых, входная ёмкость GaN-ключа минимальна. Отсюда следует, что нитрид-галлиевые транзисторы дают возможность переключать напряжения в сотни вольт, причём длительность переходных процессов находится в наносекундном диапазоне. Поэтому они хорошо подходят для построения мощных импульсных источников питания с рабочими частотами от 10 до 100 МГц и большими выходными токами.
Одним из представителей GaN-устройств с улучшенной структурой является транзистор GS66516B от компании GaN Systems, сочетающий рабочее напряжение 650 В, большое значение тока стока и высокую частоту переключений.
Моделирование GaN транзистора будет проводиться в автоматизированной системе приборно-технологического проектирования (TCAD).
43
УДК 621.317.33
Р.П. Филипенко
РАЗРАБОТКА И ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КМОП-МЭМС-АКСЕЛЕРОМЕТРА
MEMS-акселерометр — маленькое устройство, которое измеряет проекцию кажущегося ускорения и представляет собой геометрическую разницу между настоящим ускорением объекта и ускорением свободного падения.
В данной работе используется трехосный MEMSакселерометр MMA7331L, который может работать в одном из двух режимов измерения ускорений ±4g и ±12g. Так как в приборе находится 3 ортогональные оси чувствительности, то можно получить пространственный вектор ускорения.
Сущность работы этого типа акселерометров базируется на измерении смещения инерционной массы сравнительно корпуса со следующим преобразованием его в пропорциональный электрический сигнал.
Акселерометры могут фиксировать статическое и динамическое ускорения, вследствие этого их возможно применить для получения различной информации в качестве датчиков вибрации, наклона и ускорения. Выходной знак таких датчиков — это напряжение, пропорциональное ускорению.
Предусмотрена температурная зависимость выходных сигналов, что приводит к необходимости оценки аддитивных и мультипликативных погрешностей. Мультипликативная погрешность связана с погрешностью масштабного коэффициента. Аддитивные погрешности подразумевают собой суперпозицию шумов, перекрестных связей и дрейфа нулевой отметки выходного сигнала.
Блок выбора чувствительности акселерометра, блок перекрестных связей по осям; модели выходных сигналов и температурные зависимости долговременного дрейфа нулевой отметки и шумов акселерометра.
44