Контрольные вопросы. МДП–ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ. Принцип работы МДП-полевых транзисторов. Эффект поля.

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 14Следующая ⇒

Контрольные вопросы

1. Как устроен полевой транзистор с управляющим р-п переходом?

2. Объяснить принцип действия и особенности работы полевого транзистора с управляющим р-п переходом.

3. Дать вывод расчетной вольтамперной характеристики полевого транзистора с управляющим р-п переходом.

4. Какие различия наблюдаются между расчетной и вольтамперной характеристикой реального полевого транзистора и почему?

5. Начертить и объяснить вид стоко-затворных характеристик полевого транзистора с управляющим р-п переходом.

6. Начертить и объяснить вид стоковых характеристик полевого транзистор с управляющим р-п переходом.

7. Дайте определения понятиям напряжения отсечки, граничным напряжению и току полевого транзистора с управляющим р-п переходом.

9. МДП–ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

9.1. Принцип работы МДП-полевых транзисторов. Эффект поля.

В МДП-полевых транзисторах, в отличие с управляющим р-п-переходом, затвор выполнен в виде металлической пленки, изолированный от канала тонким слоем диэлектрика, поэтому иногда эти транзисторы называют полевыми транзисторами с изолированным затвором. На рисунке 9.1, а приведена структура МДП-транзистора с

а) б)

Рис.9.1. Структура МДП полевого транзистора с каналом п-типа проводимости (а) и р-типа проводимости (б)

каналом п-типа проводимости. Транзистор создается на основе слаболегированной кремниевой подложки р-типа. На поверхности подложки создаются две сильнолегированные истоковая и стоковая области п⁺-типа, причем эти области обратимы, т.е. любая из них может использоваться в качестве истока и стока. Расстояние между этими областями, называемое длиной канала L, составляет от десятых долей до нескольких микрометров. На поверхности канала затем методом термического окисления формируется слой двуокиси кремния SiO₂, толщиной порядка 0,1 мкм. На слой диэлектрика SiO₂и на поверхность истоковой и стоковой областей наносится тонкий слой металлической пленки обычно алюминиевая для формирования омических выводов затвора, истока и стока. Если область канала имеет тип проводимости как и подложка, т.е. он р-типа, то канал при отсутствии напряжения на затворе является непроводящим и ток стока будет отсутствовать. Однако, при некотором положительном напряжении на затворе, называемым пороговым, в канале индуцируется электронная проводимость и канал становится проводящим. Такие транзисторы называются транзисторами с индуцированным каналом. Если же область канала легирован донорами, то он становится проводящим даже при напряжении на затворе равным нулю, то такие транзисторы называются транзисторами со встроенным каналом.

Если в качестве подложки использовать кремний п-типа проводимости, то аналогично можно получить МДП-транзистор с каналом р-типа проводимости (рис.9.1, б)

Как видно из рисунка 9.1, затворы транзисторов имеют МДП-структуру. Принцип работы таких транзисторов основан на явлении эффекта поля, наблюдаемого в МДП-структурах. Явление состоит в изменение проводимости полупроводника в МДП-структурах на границе с диэлектриком в зависимости от величины и полярности приложенного на неё напряжения.

Рассмотрим более подробно явление эффекта поля в МДП-структуре. Для создания такой структуры с одной стороны полупроводниковой пластины кремния (3) формируется омический контакт (4), а на другой поверхности методом окисления наносится тонкий слой диэлектрической пленки SiO₂(2), на поверхность которой в свою очередь прижимается металлический электрод (1) (рис..8.2).

Рис.9.2. Структура металл-диэлектрик-

полупроводник

Рассмотрим полупроводник п-типа проводимости. Предположим вначале, что поверхностные состояния в полупроводнике отсутствуют. При приложении к такой структуре внешнего напряжения V_В в слое диэлектрика создается сильное электрическое поле, которое оказывает заметное влияние на зарядовое состояние поверхности полупроводника на границе с диэлектриком. Так, например если к металлическому электроду приложено положительная полярность внешнего напряжения, а к омическому контакту – отрицательная полярность, то электроны из приповерхностной области будут выталкиваться полем в объем полупроводника. Это приводит к обеднению приповерхностной области полупроводника основными носителями – электронами. Такой режим работы МДП-структуры называется режимом обеднения полупроводника основными носителями тока. Поверхность полупроводника при этом заряжается положительно за счет нескомпенсированных ионов донорной примеси и дырками, втянутыми на поверхность внешним полем из объема. Обеднение приповерхностной области приводит к уменьшению поверхностной проводимости полупроводника. С ростом внешнего поля обеднение основными носителями растет, проводимость уменьшается. Однако при некотором внешнем поле число втянутых к поверхности дырок может превышать число электронов – наступает инверсия поверхностной проводимости: проводимость полупроводника п-типа становится проводимостью р-типа. На поверхности полупроводника на границе с диэлектриком возникает инверсионный дырочный слой. Напряжение, при котором происходит инверсия проводимости, называется пороговым напряжением. При дальнейшем росте внешнего поля концентрация дырок у поверхности возрастает, т.е. полупроводник обогащается неосновными носителями заряда, что приводит к росту поверхностной проводимости. Таким образом, поверхностная проводимость в зависимости от величины внешнего поля проходит через минимум. На .рисунке 9.3 приведен график зависимости поверхностной

Рис.9.3. Зависимость поверхностной

проводимости полупроводника МДП –структуры от величины внешнего потенциала.

проводимости как функция от потенциала , представляющего собой часть внешней разности потенциала, определяющего эффект поля. Минимум кривой, как показывают расчеты, определяется формулой:

, (9.1)

где п_i – собственная концентрация носителей тока. Как видно из (9.1), минимум кривой с ростом степени легирования п_п – смещается влево.

При обратной полярности внешней разности потенциалов поверхность полупроводника под диэлектриком обогащается основными носителями заряда – электронами, которые втягиваются внешним полем из объема к поверхности. Возникает режим обогащения полупроводника основными носителями заряда. В результате поверхностная проводимость будет возрастать. На рисунке 9.3 этому соответствует область кривой при положительных потенциалах .

Для полупроводника р-типа проводимости характер зависимости сохраняется, однако меняется полярность потенциала и минимум кривой с ростом легирования смещается вправо.

При наличии поверхностных состояний эффект поля ослабляется. Это объясняется тем, что заряд на поверхностных состояниях экранирует внешнее электрическое поле и оно проникает в полупроводник на меньшую глубину. С ростом концентрации поверхностных состояний изменение поверхностной проводимости в эффекте поля уменьшается.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒