ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ИССЛЕДОВАНИЕ ИДЕАЛИЗИРОВАННОГО Р-N ПЕРЕХОДА
1. Вызвать программу лабораторной работы, для чего кликнуть мышью на ярлыке ЛАБ1 на рабочем столе.
2. Ввести исходные данные согласно заданному преподавателем номеру варианта 1…12 и данным таблицы 1. При вводе чисел пользоваться экспоненциальной формой записи. Например, число 3×1017 следует записать, как 3E17, число 10-6 – как 1Е–6. После набора каждого числа нажимать ENTER.
3. Перенести в отчёт рисунок p-n перехода с экрана.
4. Перенести в таблицу 2 результаты расчёта (числа следует округлять).
5. Исходя из теоретических сведений, предложить вариант конструкции p-n перехода с увеличенным напряжением пробоя Uпроб. Внести исходные данные и результаты в таблицу 2.
6. Исходя из теоретических сведений, предложить вариант конструкции p-n перехода с уменьшенной барьерной емкостью Cб0. Внести исходные данные и результаты в таблицу 2.
7. Исходя из теоретических сведений, предложить вариант конструкции p-n перехода с уменьшенным тепловым током I0. Внести исходные данные и результаты в таблицу 2.
Содержание отчета
Отчёт должен содержать название и цель работы, рисунок р-n перехода с поясняющими надписями, согласующимися с заданным вариантом (как на экране), заполненную таблицу и выводы.
Выводы нужно сделать по каждой пункту задания.
Выводы должны содержать информацию об изменениях параметров, (например, для уменьшения барьерной емкости p-n перехода, уменьшили …). В выводах, также, нужно пояснить практический смысл решения каждого задания (например, уменьшение барьерной емкости позволяет …)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
1. Вызвать программу лабораторной работы, для чего кликнуть мышью на ярлыке ЛАБ2 на рабочем столе.
2. Ввести исходные данные согласно заданному преподавателем номеру варианта и данным таблицы 1. При вводе чисел пользоваться экспоненциальной формой записи, например, число 3×1015 вводится как 3Е15, а число 10-4 как 1Е-4. Результаты расчета занести в табл. 2.
3. Изменить исходные данные так, чтобы сопротивление омического контакта уменьшилось. Измененные исходные данные и результаты занести в табл. 2.
4. Изменить исходные данные так, чтобы толщина перехода увеличилась (что увеличивает напряжение пробоя). Измененные исходные данные и результаты занести в табл. 2.
5. Изменить исходные данные так, чтобы уменьшилась барьерная емкость перехода. Измененные исходные данные и результаты занести в табл. 2.
Содержание отчета
Отчёт должен содержать название и цель работы, рисунок обоих вариантов m-n перехода (с экрана), заполненную таблицу и выводы.
Выводы нужно сделать по каждому пункту задания. Выводы должны объяснять, какие соотношения использованы при решении поставленных задач и каков практических смысл в решении этих задач.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ И ИХ КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ
1. Открыть программу Microcap 10, щелкнув дважды по ее значку на рабочем столе.
2. В меню File программы выбрать пункт Save as.. и сохранить файл в папку «Студент» на диске D: под именем, содержащим номер группы и слово «диод» (например, БИН0101диод).
3. Щелкнуть на иконку с изображением диода в верхней части окна на панели инструментов. Курсор примет вид условного графического обозначения диода на рабочем столе окна программы. Так же можно выбрать пункт «Diode» в каталоге Analog primitives/Passive components.
4. Установить диод на рабочий стол окна программы. Появится окно со свойствами диода (так же его можно вызвать, щелкнув на изображении диода на рабочем столе). В правой части окна в перечне, начинающемся с «$Generic» выбрать название модели, соответствующей заданному варианту. Модель диода определяется по таблице 1.
После выбора модели диода станут доступными численные значения ее параметров ( см. Примечания )
5. Определить и записать в отчет тип перехода, используемого в заданном диоде. Для кремниевых p-n переходов характерна ширина запрещенной зоны EG = 1,11 эВ, для арсенид-галлиевых – EG = 1,3 эВ, для переходов Шотки – EG = 0,6 эВ и менее.
6. Записать в отчет численные значения BV, RS, CJ0, TT, M. Проанализировать эти значения, определить и записать в отчет назначение диода. Для этого использовать следующие рекомендации:
— Высоковольтные диоды имеют BV ~ 1000 В и более;
— Сильноточные диоды имеют RS ~ 10-2 Ом и менее;
— Стабилитроны с лавинным пробоем имеют BV от 6 до 30 В;
— Стабилитроны с туннельным пробоем имеют BV ~ 6 В и менее;
— Высокочастотные диоды имеют CJ0 ~ 2 пФ и менее;
— Импульсные диоды имеют ТТ ~ 1 нс;
— Варикапы имеют коэффициент влияния М ~ 1 и более
— Если М=0,5 или 0,3 то это, обычно, плавные p-n переходы
— Диоды Шотки могут одновременно допускать большие токи (малое RS), обладают малыми тепловыми потерями (за счёт малого напряжения открытого состояния) и обладать хорошими импульсными свойствами (малое ТТ).
7. Вызвать на экран прямую ветвь ВАХ диода. Для этого в окне над перечнем диодов выбрать «If vs. Vf» и нажать «plot». В левой части экрана появится график прямой ветви ВАХ. Чтобы график охватывал возможно больший диапазон токов, используется логарифмический масштаб тока. При таком масштабе экспоненциальная зависимость отображается в виде прямой линии, в отличие от экспоненты при линейном масштабе (рис. 1). И только в верхней части, в области больших прямых токов, рост тока уменьшается из-за влияния RS (сопротивления базы).
8. Нажать клавишу F8. В жёлтом верхнем окне появятся максимальные для представленного графика значения напряжения и тока. Перемножив их, получить тепловую мощность Ррасс, выделяющуюся в диоде в этом режиме. Определить и записать в отчет, к какому классу по мощности относится исследуемый диод: для микромощных диодов характерна Ррасс 1 мВт и менее, для среднемощных до 1 Вт, Ррасс мощных диодов может достигать десятков и сотен Вт.
9. Нажать клавишу F9. В появившемся окне к значению исходной температуры в градусах Цельсия 27 через запятую добавить повышенную температуру 57 (27,57). Нажать «plot». Схематично зарисовать обе ВАХ, указав на графиках минимальные, максимальные значения токов и напряжений и два- три промежуточных. Сделать вывод о влиянии температуры на ток открытого диода. Закрыть диалоговое окно и окно с построенными зависимостями тока от прямого напряжения.
10. Вызвать на экран обратную ветвь ВАХ диода. Для этого в окне над перечнем диодов выбрать «Ir vs. Vr» и нажать «plot». В левой части экрана появится часть обратной ветви ВАХ, соответствующая участку пробоя.
11. Нажать клавишу F9. В появившемся окне к значению исходной температуры в градусах Цельсия 27 через запятую добавить повышенную температуру 57 (27,57). Нажать «plot». Схематично зарисовать обе ВАХ, используя минимальные, максимальные значения токов и напряжений и два-три промежуточных, и сделать вывод влиянии температуры на напряжение пробоя.
Содержание отчёта
Отчёт должен содержать:
— название, цель работы;
— условное обозначение заданного диода;
— тип перехода заданного диода;
или напишите нам прямо сейчас
— назначение заданного диода;
— максимальную величину Ррасс и мощностную категорию диода ;
— рисунки прямых и обратных ветвей ВАХ с указанием на осях величин и их размерностей и с указанием исходной и повышенной температуры.
— выводы по определению назначения диода и его класса мощности, характера температурных зависимостей прямого тока и напряжения пробоя.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 ИССЛЕДОВАНИЕ МДП–СТРУКТУРЫ
1. Вызвать программу, ярлык которой LAB4 находится на рабочем столе.
2. Пользуясь данными табл. 1, для заданного преподавателем варианта, ввести исходные данные. Большие и малые числа вводятся в экспоненциальной форме. Например, концентрацию примесей N = 0,5×1017 см –3 следует ввести как 0.5Е17.
3. Полученные результаты занести в табл. 2.
4. Самостоятельно изменить исходные данные так, чтобы было достигнуто уменьшение порогового значения напряжения. Результат занести в табл. 2.
5. Самостоятельно изменить исходные данные так, чтобы было достигнуто увеличение удельной крутизны. Результат занести в табл. 2.
6. Самостоятельно изменить исходные данные так, чтобы было достигнуто уменьшение ёмкости затвор-канал МДП — транзистора. Результат занести в табл. 2.
Содержание отчёта
Отчет должен содержать название и цель работы, рисунки, поясняющие устройство МДП–структуры и МДП–транзистора, полностью заполненную табл. 2 с результатами расчетов и выводы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ИССЛЕДОВАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА
1. Вызвать программу, ярлык которой LAB5, находится на рабочем столе.
2. Ввести исходные данные согласно заданному преподавателем номеру варианта 1–6 и данным табл. 1. При вводе больших и малых чисел пользоваться экспоненциальной формой записи. Например, число 0.5×1017 следует ввести как 0.5Е17. После набора каждого числа нажимать ENTER.
3. Перенести в отчёт рисунок БТ с экрана.
4. Перенести в табл. 2. результаты расчёта исходного варианта.
5. Повторить расчёт для случая однородной базы (диффузионный транзистор), результаты занести в табл. 2. Все не указанные в п.п. 3.5–3.8 параметры оставлять равными исходным.
6. Повторить расчёт для случая повышенной концентрации примесей в эмиттере NЭ, увеличив её на порядок. Результаты занести в табл. 2.
7. Повторить расчёт для случая повышенной концентрации примесей в базе NБ, увеличив её на порядок. Результаты занести в табл. 2.
8. Повторить расчёт для случая увеличенной толщины базы w, увеличив её вдвое. Результаты занести в табл. 2.
Таблица 1. Исходные данные (дрейфовый кремниевый n-p-n БТ)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ИЗУЧЕНИЕ ПЛАНАРНО-ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
В режиме «обучение», предусмотренном в выполняемой лабораторной работе, изучить последовательность применения основных технологических операций при изготовлении ИС на биполярных транзисторах. В режиме «зачет» ответить на десять вопросов по технологии изготовления. Удовлетворительным результатом можно считать не более 1 ошибки при времени выполнения задания не более нескольких минут.
Результат выполнения задания представляется преподавателю.
Настоящая лабораторная работа не нуждается в подробных методических указаниях. Для её выполнения достаточно по любому учебнику [2,3], лекциям или данному описанию ознакомиться с основными технологическими операциями технологии изготовления интегральных схем – фотолитографией, диффузией примесей, эпитаксией и напылением. Порядок применения этих операций при изготовлении биполярного транзистора можно изучить при выполнении лабораторной работы, войдя в меню в раздел «обучение». Рекомендуется работать в этом разделе до тех пор, пока не будет освоен порядок этапов изготовления. Порядок операций изготовления МДП транзистора намного проще и может быть установлен по аналогии самостоятельно.
Если это предлагается сделать преподавателем, перейдите к режиму «формирование структуры». Здесь можно самостоятельно изготовить интегральную схему, причём программа будет указывать на допущенные ошибки.
Завершается работа сдачей «зачёта» в режиме «зачёт».
Содержание отчета
1. Название лабораторной работы.
2. Рисунок сформированной в результате выполнения лабораторной работы структуры с указанием, какие интегральные электронные элементы она содержит.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 ИССЛЕДОВАНИЕ КЛЮЧА НА КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ МДП ТРАНЗИСТОРАХ
1. Два раза щелкнуть на ярлык CMOS на рабочем столе. На экране появится исходная исследуемая схема рис. 3. Войти в меню file / save as и к имени файла добавить номер группы. Сохранить файл в папке «студент». Если при выполнении работы будет допущена ошибка, закрыть программу и начать работу заново.
2. Получить передаточную характеристику Uвых = f(Uвх), для чего в главном меню выбрать Analysis, затем DC и в появившемся окне – Run. Зарисовать характеристику. Указать на ней значения выходного напряжения в вольтах для логической 1 Uвых макс, для логического 0 Uвых мин, для входного напряжения, при котором изменяется состояние ключа (порогового напряжения U0). Для этого достаточно навести курсор на интересующую точку графика.
3. Закрыть окно с характеристикой кликом на нижнем кресте в правом верхнем углу. Точно совместить курсор с батареей питания V1. Выписать из появившегося окна значение потребляемого тока статического состояния ISource. Так как это общий ток всех трех ключей, поделить это значение на 3, что будет соответствовать потребляемому одним ключом току Iстат. Рассчитать потребляемую ключом мощность статического состояния
4. Перейти к режиму переключений, выбрав Analysis, Transient, Run. На появившихся временных диаграммах выходной диаграммой исследуемого среднего ключа является зеленая диаграмма V4. Определить по ней, как это показано на рис. 4, t01 и t10 и рассчитать согласно формуле (2) среднее время переключения t.
5. Действуя, как в п.3, закрыть окно с временными диаграммами и определить средний потребляемый ток исследуемого ключа в режиме переключений Iдин = ISource/3. Рассчитать среднюю потребляемую ключом при этом мощность
6. Рассчитать Pt по найденным в п. 5 и п. 4 значениям P и t. Рассчитать Pрасс ЦИС по формуле (4). Принять количество ключей m = 108. Тактовая частота (количество переключений в секунду), согласно временным диаграммам, составляет f = 200 МГц. Считать, что на каждом такте происходит переключение всех m ключей.
7. Двойным кликом на любом из нижних транзисторов (это одинаковые n- канальные МДП модели Q1) вызвать окно с параметрами модели Q1. Согласно заданному преподавателем варианту, уменьшить в n раз (табл. 1) все три основные ёмкости транзистора:
CGSO – ёмкость затвор-исток;
CGDO – ёмкость затвор-сток; CGBO – ёмкость затвор-подложка.
Записать в отчет значения указанных емкостей до и после изменения.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 ИССЛЕДОВАНИЕ ТТЛ-ЭЛЕМЕНТА
1. Дважды щелкнуть на ярлыке ttlinv на рабочем столе. На экране появится исследуемая схема рис.4. Войти в меню file / save as и к имени файла добавить номер группы. Сохранить файл в папке «студент». Если при выполнении работы будет допущена ошибка, закрыть программу и начать работу заново.
2. Получить и зарисовать передаточную характеристику, выбрав Analysis, DC, и в появившемся окне – Run (рис. 5). Определить основные параметры выходного сигнала
3. Определить потенциалы узлов, состояния переходов транзисторов и режимы транзисторов при входном сигнале высокого уровня 1. Для подачи такого сигнала достаточно вернуться к схеме, закрыв передаточную характеристику. Для этого найти на панели инструментов пиктограмму в виде квадрата с числом 13 внутри. Клик на ней вызывает появление окошек со значениями потенциалов узлов. В результате будут заполнены три строки в табл. 1 со значениями потенциалов узлов. Определить режимы транзисторов, помня, что открытому состоянию p-n перехода соответствует прямое напряжение около 0.7 В, а при меньшем и обратном напряжении переход закрыт (для интегральных схем, где рабочие токи не превышают единиц мА, это значение может составлять 0.5 В и менее) . В режиме отсечки оба перехода закрыты, в режиме насыщения оба открыты, в активном режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный – закрыт. В инверсном режиме эмиттерный переход закрыт, коллекторный – открыт.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ
1. Дважды щелкнуть на ярлыке DIFFAMP на рабочем столе. На экране появится исследуемая схема рис. 2. Войти в меню file / save as и к имени файла добавить номер группы. Сохранить файл в папке «студент». Если при выполнении работы будет допущена ошибка, закрыть программу и начать работу заново.
2. Получить передаточную характеристику Uвых = f(Uвх), для чего в главном меню выбрать Analysis, затем DC и в появившемся окне – Run. Зарисовать передаточную характеристи
или напишите нам прямо сейчас
