АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Устройство и принцип действия полевого транзистора с МДП -структурой

Читайте также:
  1. B. Основные принципы исследования истории этических учений
  2. ERP-стандарты и Стандарты Качества как инструменты реализации принципа «Непрерывного улучшения»
  3. I. Внутреннее государственное устройство само по себе
  4. I. ПРОБЛЕМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИРОДЫ И ОБЩЕСТВА
  5. I. Структурные принципы
  6. II. Принципы процесса
  7. II. Принципы средневековой философии.
  8. II. Пути противодействия психологическому воздействию противника.
  9. II. СВЕТСКИЙ УРОВЕНЬ МЕЖКУЛЬТУРНОЙ КОММУНИКАЦИИ ОТНОСИТЕЛЬНО ПРИНЦИПОВ ПОЛИТИЧЕСКОЙ СПРАВЕДЛИВОСТИ
  10. II. ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И ПРИНЦИПЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВОИ
  11. II.4. Принципы монархического строя
  12. III. Принцип удовольствия

Свое название этот тип полевых транзисторов получил из-за своей структуры металл - диэлектрик - полупроводник. Поскольку в качестве диэлектрика обычно используется окисел, то их на­зывают МОП-транзисторами. Каждый прибор состоит из под­ложки и расположенных в ее объеме двух сильно легированных противоположной относительно подложки примесью областей (называемых истоком и стоком и обычно геометрически сим­метричных, хотя и необязательно) и металлического затвора, расположенного на поверхности тонкого (порядка 0,1 мкм и менее) слоя диэлектрика (обычно окисла материала подложки), как это показано на рис. 2.10.

З
И
С
Рисунок 2.10. Структура МДП – транзистора: 1 – окисел; 2 – подложка р типа

Принцип действия полевого МДП -транзистора основан на эффекте изменения электропроводности поверхностного слоя полупроводника между истоком и стоком под действием напря­жения, приложенного к управляющему электроду - затвору, от­деленному от поверхности полупроводника тонким слоем ди­электрика. Участок полупроводника с изменяющейся электропро­водностью называется каналом

Существует две разновидности МДП-транзисторов: с индуци­рованным и встроенным каналом. В МДП-транзисторе с индуци­рованным каналом при нулевом напряжении на затворе канал отсутствует. В МДП -транзисторе со встроенным каналом он со­здан технологическими средствами и присутствует всегда. Посколь­ку технология транзисторов с индуцированным каналом проще, они имеют преимущественное распространение.

При подаче потенциала между истоком и стоком ток в цепи отсутствует, так как обязательно один из имеющихся р-п-пере­ходов будет включен в обратном направлении и заперт. Если по­дать на затвор отрицательный потенциал, то приповерхностный слой на границе раздела подложка - диэлектрик обогатится дыр­ками и ситуация не изменится. При подаче положительного по­тенциала основные носители подложки - дырки - будут оттес­няться электрическим полем в подложку, а неосновные - элект- роны - начнут подтягиваться к границе раздела. При увеличении потенциала на затворе при поверхностный слой будет все более обедняться основными носителями заряда и обогащаться неоснов­ными.



При каком-то значении потенциала (называемом пороговым) концентрация электронов превысит концентрацию дырок, про­изойдет инверсия (изменение типа проводимости) канала и че­рез него потечет ток. Толщина канала в современных МДП-тран­зисторах составляет порядка 10 нм.

Необходимо соблюдение точного расположения металлической обкладки затвора над областью канала, поскольку управляющее электрическое поле создает канал только в области своей геомет­рии, поэтому при меньшей площади затвора на краях канал обра­зовываться не будет и работоспособность прибора будет нарушена. При большей площади затвора электрическое поле будет вытяги­вать электроны прямо на затвор через подзатворный диэлектрик и работоспособность прибора также будет нарушена.

Индуцированный канал в зависимости от структуры транзис­тора может быть р- и n-типов, но поскольку подвижность элект­ронов (а следовательно, и быстродействие прибора) в 2,5 раза выше, чем дырок, то транзисторы с n-каналом более предпочти­тельны. Электронные схемы, в которых используется сочетание транзисторов с р- и n-каналами, называются комплементарными, поскольку необходимым условием их работы является комплемен­тарность пороговых напряжений на затворе. Одной из основных характеристик полевого МДП -транзистора является стоковая ха­рактеристика, представляющая собой зависимость тока стока Iс от напряжения исток -сток, как это показано на рис. 2.11.

Если напряжение (потенциал между истоком и стоком) равно нулю, то поле в диэлектрике однородное и толщина обра­зовавшегося канала везде одинакова. Если , то вследствие протекания тока потенциал поверхности возрастает от истока к стоку. Следовательно, разность потенциалов между затвором и поверхностью в направлении стока уменьшается, что при водит к сужению толщины канала вблизи стока. При некотором критическом напряжении на стоке, которое называется напряжени­ем насыщения, разность потенциалов между затвором и поверх­ностью вблизи стока становится равной нулю. При этом в этой точке становится равной нулю напряженность поля в диэлектри­ке, образуется «горловина» канала. После этого ток в рабочей цепи практически не зависит от напряжения на затворе и наступает на­сыщение, что соответствует пологому участку BАХ (кривая 2 соот­ветствует более высокому потенциалу на затворе, чем кривая 1).

‡агрузка...

 

Рисунок 2.11. Статические вольтамперные характеристики полевого МДП- транзистора (кривая 2 соответствует более высокому потенциалу на затворе

На практике пользуются эмпирическими выражениями для BАХ:

(2.9)

где b - удельная крутизна МДП транзистора.

Удельная крутизна МДП -транзистора определяется по формуле

, (2.10)

где ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика; - припо­верхностная подвижность носителей (обычно в 2 - 3 раза меньше объемной); W - ширина канала.

Но выражение (2.10) описывает участок кривой для - напряжения насыщения. Для пологих участков BАХ пользу­ются выражением

(2.11)

Выражению (2.11) соответствует так называемая стоко-затвор­ная характеристика - зависимость тока стока от напряжения на затворе при фиксированном напряжении исток-сток (рис. 2.12).

Рисунок 2.12. Стоко – затворная характеристика МДП - транзистора

Приведенные эмпирические выражения широко используются на практике, однако они дают большую погрешность при расчетах при высокой концентрации примесей - свыше 1015 см-3 (что чаще всего и имеет место). Стоко-затворная характеристика определя­ется крутизной b, которая, в свою очередь, зависит от длины канала, ширины канала и толщины подзатворного диэлектрика.

Действительно, чем меньше длина канала, тем меньше его со­противление, соответственно, тем больше ток при прочих равных параметрах и тем круче характеристика. Чем больше ширина ка­нала - тем больше носителей участвует в процессе переноса тока и тем круче кривая 2 по отношению к кривой 1. Чем тоньше под­затворный диэлектрик, тем легче электрическое поле проникает в полупроводник и тем раньше потечет ток. Следовательно, в этом случае стоко-затворные характеристики будуг соответствовать раз­личным значениям порогового напряжения и исходить из разных начальных точек.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 |


При использовании материала, поставите ссылку на Студалл.Орг (0.009 сек.)