Tugas Akhir
Metode Desain Devais Mikroelektronika
Dapat digambarkan dalam bentuk flowchart :
Tahapan Desain
Untuk memperoleh performa maksimum devais pada frekuensi tinggi, digunakan kontak berbentuk sisir.
NA = konsentrasi substrat
ND = konsentrasi drain dan source
Asumsi yang dipergunakan dalam perhitungan ini adalah jenis junction dan frekwensi cut-off.
Metodologi Eksraksi Parameter SPICE
Ekstraksi parameter SPICE dari hasil simulasi PISCES yang telah dilakukan dalam tahapan desain. Tujuan dari ekstraksi ini adalah agar kita dapat melakukan simulasi devais yang kita buat pada rangkaian dengan SPICE, dengan terlebih dahulu mendefinisikan parameter-parameter.
Untuk memperoleh Is dari grafik karakteristik I-V, maka kita plot grafik hingga VD = 0 volt. Besarnya arus saat ini adalah Is
Mula-mula dicari harga VT yaitu dari daerah linear pada grafik dianggap n = 1, kemudian dicari gradien kurva karakteristik I-V
Gradien = n x V / VT
Dari daerah grafik yang tidak linear diambil harga arus untuk tegangan tertentu dan dimasukkan dalam rumus di bawah :
log I = log Is + 2,3 n.V / VT
Parameter ini didapat dari karakteristik I-V pada daerah saturasi dengan pendekatan :
Potensial built in (y ) didapatkan dari persamaan:
y = 2/3 x KT / q x [a2EsK/T / 8.q.ni3]
Parameter ini ditentukan pada saat dioda mulai breakdown. IBV = Is x Bv/VT
Parameter ini ditentukan dari grafik I-V untuk tegangan reverse.
Parameter ini diperoleh dari grafik hasil simulasi kapasitansi terhadap bias dc pada saat tegangan bernilai 0 volt.
Semua parameter yang telah didapatkan dimasukkan ke dalam parameter SPICE untuk mendapatkan perbandingan karakteristik dioda, dengan menggunakan simulasi SPICE.
B. TRANSISTOR BIPOLAR
Grafik Ic-Vbe diekstrapolasi hingga mencapai titik Vbe = 0. Ekstrapolasi dimulai dari kurva Ic yang kemiringannya lurus. Harga Ie saat Vbe = 0 merupakan harga Is.
Parameter ini diperoleh dengan membuat garis lurus memotong kedua grafik Ic dan Ib. Didapatkan dua buah titik pada sumbu y ( Ic dan Ib) sehingga BF = Ic / Ib
Prosedur untuk memperoleh parameter ini adalah
Ditentukan berdasarkan grafik Ic – Vce dengan cara
Diperoleh dari grafik Ic-Vce dengan cara :
Diperoleh dengan cara ekstrapolasi grafik saat V2 = 0 volt. Nilainya merupakan kapasitansi saat V2 = 0 volt.
Ditentukan dari grafik Ic – Vbe , yaitu dengan :
Maka Ne = (slope 1) / (slope 2)
Nilai Eg tergantung bahan yang digunakan merupakan nilai energi gap dari bahan tersebut.
Merupakan konstanta untuk daerah deplesi pada persambungan antara basis dan emiter. Nilainya tergantung dari asumsi junction yang dipakai. MJC merupakan konstanta untuk daerah deplesi basis dan kolektor dan tergantung dari pendekatan yang digunakan.
C. TRANSISTOR MOS
Ditentukan melalui kurva ID – VGS dengan menentukan letak nilai Id = 0 Ampere. Parameter ini adalah nilai pada sumbu-x saat ID = 0.
Dicari dengan menggunakan kurva ID – VGS. Untuk memudahkan sumbu-x (VGS) di-logaritma-kan, karena untuk hasil simulasi SPICE tidak menghasilkan kurva Ö ID – VGS. Kemudian dilakukan prosedur seperti berikut:
Ditentukan dengan cara:
l = 1 / VAF
Ditentukan dengan grafik ISUB – VGS dengan cara ekstrapolasi sehingga memotong sumbu-y (ISUB). Titik perpotongannya merupakan nilai IS.
Dari harga-harga yang ditentukan di atas maka JS = IS / (L .W)
Ditentukan dari grafik CI2 – VI dengan cara ekstrapolasi grafik saat VD = 0 Volt. Kapasitansi saat tersebut sama dengan nilai parameter ini.
Parameter ini ditentukan melalui grafik IDS – VDS dengan cara menarik garis lurus yang menyinggung kurva. Kemiringannya sama dengan 1/RD.
Dihitung dengan persamaan g = Ö (2.e S.q.NA / COX).
Merupakan nilai ketebalan oksida. Pada tugas dipilih ketebalan lapisan oksida 1000 Angstrom.
Ditentukan dari persamaan: PHI = 2.(kT/q).ln(NSUB / ni) dengan:
k : konstanta Boltzman = 1.28 x 10-23 J/K
T : temperatur (300K)
q : muatan carrier (1.6 x 10-19 C)
NSUB = NA
ni = 1.45 x 1010 cm-3
Parameter ini merupakan mobilitas dari carrier pada lapisan inversi yang terbentuk. Ditentukan dalam perhitungan.
Parameter ini merupakan konstanta untuk memperoleh daerah deplesi pada persambungan antara bulk dengan drain atau source. Parameter ini disesuaikan dengan asumsi yang digunakan dengan pendekatan abrupt junction (pada tugas) maka MJ = 0,5.
Merupakan konsentrasi doping substrat, yang ditentukan pada saat perhitungan analitik.
Perbandingan
Untuk lebih meyakinkan bahwa devais yang dirancang sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan, dilakukan evaluasi sebagai berikut:
Kesimpulan
Untuk merancang suatu devais diperlukan beberapa tahap, yang masing-masing tahap saling berkaitan satu sama lain. Jika salah satu tahap terjadi kesalahan, maka devais yang dihasilkan dari rancangan tidak akan sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.