Лабораторная работа: Лабник - Полевые транзисторы

Распознанный текст из изображения:

55 58 59

Оглавление

Введение 4

1 Теория работы полевого транзистора с управляющим рп-переходом . 5

1.1 Принцип действия полевого транзистора с управляющим рп-перехолом 5

1.2. Основные модели полевого транзисюра с управляющим рп-переходом 8

1 2.1. Физическая модель ................................. 8

! 2 2. Схемотехническая модель...,..... .......... . . . ... 13

2 Теория работъг палевого транзистора с изолированным затвором. . 14

2.1 Управление состоянием поверхности с помощью внешнего потенцишга

Свойства МДП структуры !4

14

2 1 2 Реальная МДП струкгура ............. 21

2 2 Принцип работы МДП транзистора Вольт-амцернвя характеристика . 27

2 3 Модели МДП транзистора .. 30

2 3.! Физическая ьгодель ...........,......,.... 30

2 3.2. Схемотехническая модель .... . . ......,. . . . 33

3Пр ум. 33

3 ! Общие рекомендации 33

3.2 Лабораторная работа '*Изучение статических характеристик полевого

транзистора с управляющим рп-переходом".......... 36

32.1 Подготовка кработе ........, ..........36

3 2 2 Экспериментальное измерение статических характеристик полевого

транзистора с управляющим рп - переходом............... 37

Контрольные вопросы..............,........................... 39

3.2.3. Задание иа расчет характеристик палевого транзистора с

управляющим рп-переходом ......, .........,....... 41

3 2.4. Пример результатов расчета с помощью программы МАТНСАП .. 42

325 Пример результатов расчетас помощью программы МАТ!.АВ .... 45

3 3 Изучение статических характеристик паленого МДП транзистора . 49

3 3 1. Подготовка к работе .. .. ,. . . . , . .. . ... 49

3 3 2 Эксперименшльное измерение статических карвктеристик полевого

МДП транзистора ............, ....., 50

3 3 3. Пример результатов расчета с помощью щюграммы МАТ НСАП

статических характеристик полевого МДП транзистора... 53

3 3 4 Пример результатов расчета с помощью программы МАТНСАО

статических характеристик полевого МДП транзистора

Контрольные вопргюы.

Бибзгиаграфический список

Распознанный текст из изображения:

ВВЕДЕНИЕ

Одной цз особенностей человеческого сознания является постоянное моделирование окружающей действительности, что помогает человеку предвидеть события и выбрать оптимальный способ действия в быстро нзменяющейс» обстановке. Создание моделей и проверка их резулщатов иа практике стола осяовным метадоьз юхнических наук Залача пособии — помо 1ь студенту освоить излагаемые в курсе "Твердотельная электроника" мололи, позволяющие связать происходящие в полевЫх транзисторах электронные процессы с нх характеристиками

Любая модель является некоторым приближенным описанием решгьного объекта. Прн этом, чем точнее приближение, тем сложнее модель и труднее ее расчет Основу настоящего пособия, предназначенного дла студентов втпрого курса, составляют модели начального уровня, позволяющие описать основные фупкциональныс свойства позшвых транзисторов. Практикум по курсу лает возможность проверить соответствие характеристик реюгьных приборов карактеристикам, рассчитанным на основе рассмотренных в курсе моделей.

Противоречие между возрастающей сложностью используемых объектов н ограниченностью физических возможностей отдольиого человека разрешилась созданием компьютеров, позволивших инкапсулировать сложные модели и расчшные математические методы в программы, имеющие интерфейс лля управления свойствами модели. По существу были созданы виртуальные объекты. позволившие на их основе создавать и отлаживать сложнейшие праобрюы реальных систем. Такой подход к развитию и реализашги технических идей привел к значительной экономии ресурсов и повышению пронзлодительнастн труда при разработке и производстве электронных устройств Именно иа такой подход, основанный на компьютерной поддержке всех этапаа изучения данного предмета ориентировано и настоящее пособие.

При изучении теории работы полевых транзисторов, основные результаты форьгулируются в виде доступном для модельаых расчеюв, в препелах тех знаний, ко горыми владеет стулент второго курса. При домашней полгатавке к выполнению рабогы практикума, студент должен на освовс имеющегося в его распарюкеннн модельного описания спрогнозировать характеристики реального прибора После выполнения экспериментальной задачи, при обработке результазов измерения студент имеет возможность путем вариации параметров модели получить минимальное расхождение между расчетными и экспсрименгальными характерисэиками. Полу~енные при этом раскаждеиия прн корректно выполненных экспериментах и расчетах будут указывать на несовершенство модели, как правило, обусловленное физическими эффектами нс учтенными прн се посэроении Создание моделей следующего уровня н проверка их коррек1ностн, выходит за рамки настоящего начальноп курса н

ос~валяет ыесто для самостоятельной творческой рабаты студента, а также составляет содержание отдельных специалыгых курсов.

Авторы выражают благодарность проф. А М. Гуляеву, проф. В.С. Солдатову, лоц. ВН. Хирину, просмотревшим рукопись и сделавшим ряд ценных замечаний 1. ТЕОРИЯ РАБОТЫ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ

Рп-ПЕРЕХОДОМ ! .1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С

УПРАВЛЯЮЩИМ рл-ПЕРЕХОДОМ

Сцэуктура траазистора показана на рис.1. Оснавнои рабочей областью гранзисюра служит канал, электрнчоское напряжение к которому ° рикладываетс» с помощью двух не вьшрлмляюших контактов истока и стока. На рисунке показана конструкция транзистора с «анатом л-типа. Канал ограничен сильно легированной р-обласшью образующей тело затвора, ~ ютенциал которого задается с помощью внешнего контакта. Между каналом и штвором возникает рл-переход. При изменении потенциала затвора происходит изменение ширины области пространственною заряда (ОПЗ) рл-перехода и соответственно изменение сечения канала Поскольку ОПЗ обладает высоким сопротивлением изменение сечения канала будет привпдигь к изменению тока ~срез ваго, именно эют эффект и используется для управления таком, проходящим через канал В отличие от биполярных транзисторов в ланном случае управление осуществляется потоком основных носителей заряда, поэтому принципиально эти транзисторы мазу с быть более бысзралействующимв, чем биполярные, поскольку в них отсутствует ° акопление нКтыточного заряда и пе требуется время на его создание и рассасывапне при изменении входного сигнала. Затвор

и

ок И

ь

1'гс.!.п атран р у ра лаюнг р -пер* д н юч '4

Распознанный текст из изображения:

г,

Г„,,х

Затвор

и

в

уранзнстор включается таким обрщбмг чтббьг рл.переход затвора находился под обратным смещением; а полярносчь июш(яженкзв 'йсток — ' сток выбирается такой, чтобы основные, носители заряла.' цод ущйствисм электрического поля в канале смещались к стоку. Для и-канального транзистора, показанного аа рис. 1, на сток относительно истока должен подаваться положительный потенциал,к которому лод действием поля будут дрейфовать электроны. На затвор относительно стока необходимо подавать отрицательвыи потенциал. чтобы затворный переход находился под обратным смещением, 1)оскояьку протекающий по каналу так создает вдаль него падение напряжения, разность патсндиалов между затвором и «впалом будет различна в различных точках. Соответственна буд г различаой ширина ОПЗ и сечение кавала Сечение канала будет уменьшаться по мере приближения к стоку В результате, при заданном потевциале затвора сечение канала вблизи стока будет тем уже,чем больше напряжение между истоком и стоком. При некотором напряжении стока канал вблизи стока полностью перекроетсл областью пространственного заряда, как это показано па рис 2. При этом вблизи стока возникает область протяженностью Ьх, сопротивление которой зиачитеяьиа превосходит сопротивление остального участка канала, слелствием чего явится псрсраспределеииепадениянапряжения вдоль канала. Практически все падение напряжения между истоком и стоком оказывается приложенным к участку Ат Дальнейшее увели~апис иапряжегшя между истоком и стоком приведет к росту величины Ьх и соответотвеино к увеличению сопротивления канала таким образом, что изменение тока с ростом напряжения становится незначительным, т.е, имеет место переход на участок насыщения тана стака (пологая обвасть).

и яа . мюс а аяр мания имя ( ° й, * Р кпр

* в а* р рипикн)

Вьгхг дггые хяряктерисвтки транзистора, представллгощие зависимости тока стока ), от яапряжсния между истоком и стоком Пп измеренные при рюяичных значениях потенциала затвора П, приведены на рис),а. Самое ° ивков сопротивление канала и соответственно самый большой ток через пега

будет при нуяевом напряжении на затворе (П, = 0). Затем, по мере увеличения ширины ОПЗ прн возрастании (г, и соответственно уьгсньшении сечения кмгааа ток бушт падать и при искотараьг напряжении отсечки (Г, канал погшостыо псрсьрсется и ток шрез него перестанет протекать

Передави ньм (стгэк-затворные) хяраиюерист ки приведены на рнс. З,б. они прелсталлягат собой зависимости тока стока от напряжения ив затворе ори постоянном параметре на стоке ),=)(Сг,) о, „„„. Чем круче э~и харак эвристики, тем выше можно получить усиление в полевом транзисторе

ию.ю )(г„„,! (()„) )()„(э((г„( )(),! и„ип Вп

а) 6)

Р т 3. и юлаые(Г, =ЯЩ) пр цп — и) ( ) п рслаточньм (), ЯЩ) р

игщ г)(б) ь - пери е харюпер н р ас орасуараваамщнм

р -в Ра* л ( енцналыл» м нет ка)

Входяал х грактерисгиика ПТУ(1 приведена на рис 4 Она по существу

представляет вошп-амперную характеристику диода затвор-исток.

При работе транзистора в нормальном усилительном режиме

испальзуетсн обратная ветвь диода, чтп обеспечивает входное сопротинление

транзистора 10 - 1О Ом.

3

Р . 4 взчлиа» харак Р тик о Р Р

Распознанный текст из изображения:

и((У) = и — 2г((()),

2квс(дгт -~ Аг,)((1, — (1),

пдгэд'.

(21

1.2.1. Физическая молель

~2пп„((т', — (У)

г(дгя

2ви„(((„— (/)

ю((г) = а — 2

ддгя

(3)

Л, о = р(.Х = р1 '(Ьп),

г)йх = рбх((Ьл),

И

ок

И

Соответственно (3) можно записать:

1 2. ОСНОВНЫЕ МОДЕЛИ ПОЛЕВОГО ТРАНЗНСГОРА'С,

УПРАВЛЯЮЩИМ рп-ПЕРЕХОДОМ

Вывелем уравнение, описывающее ВАХ ПТУП, при этом слелаем ряд допущении, позвовяющих значительно упростить расчет. Будем считать, что подвижность носителей заряда есть величина постоянная и ие зависит от коипеитрадпп носишлей заряза. Потенциал, электрическое поле и плотность гока постоянны па сечению «анапа (одномерное приближение). Кроме тою, будем полагать, что ток в канале определяется только осгювными носителими прада и булсм считать, что при нулевом смещении ширина ОПЗ близка к нулю

Если разность потенциалов между электродами затвор-исток и сток-исток равна иулк, то ри-переходы находятся в состоянии термадинамического равновесия, и ширина ОПЗ будет определяться уровнем легирования р- н и- областей. Форма канала будетиметь вид, показанный на рис. 5.

1'огда, исполюуя приведенные на рис. 5 обозначения размеров, можно записать:

где й,с — сопротивление канала при нулевом напряжении на затворе,

р — удельное сопротивление материала канала,

Б — ллина «впала,

Ь вЂ” ширина канала,

а — глубина канала,

5- сечение канала.

Б

Ряс.В.Ф р акаишгаприетсутст виан юню ммвевнй,

для ширины канала м и ширины ОПЗ гу справедливо:

где Бт- разность ггошнциаяов между р' областью затвора и п.областью канала

е точке х,

бт„ — контактная разностьпотенциалов,

Агэ †концентрациядонор,

М вЂ” концентрация акцепторов.

Поскольку и' область затвора легирована значительно сильнее, чем

обвасть канала Н,» Но та (1) можно упростим:

При увеличении абсолютной величины напряжения на затворе ~П„,! ОПЗ рп-переходов расширяется равномерно вдоль оси х, перекрывая канал по всей его длине. При достижении некоторого значения напряжения иа затворе произойдет смыкание ОПЗ переходов, канал переяроется и транзистор окажется закрытым н((),) = а - 2сг(()о) = О. Требуемое длд этого напряжение называется напряжением отсечки и обозначается Пс Канва в этом случае будет иметь вид показанный на рис. 6 (при Н„=б).

Р . 6. Ф рма кана уч е его полншо в рекрыти властью

вреетрав т еюг о зарвд

Распознанный текст из изображения:

)нн,(и, +и,)

ЗУЪ,

и

я„( (и„-ь и„)" э

Для приращения напряжения вдоль нанюш, используя (1), запишем:

аи=(,)Д= — "й*= — — — ) =-- — — " пя (2)

7.Р 7.Р

'б (и) о, Гиой д., =)чьи„

() и. -си„(и. 4-и„

1(р 1 и"иэ (и+и„ ( — йй*= — ( (1-~ ' " )ЛП

б б Дсб из

(б)

1 Г г(и,эи,+и )ьэ г(и,+и„)п-'1

)(о,)( ' з(и„-и„)" з(и,- и„)о-'~'

Уравнение (7) представляет семейшво характеристик с максимумами и описывает крутую часть вольт-ампернай характеристики ПТУП. Максиьгум саотвеэствует точке перекрытия канала. В реальных характеристиках после достижения гюпряжением стока значения и, спада тока не пронсходит, и характеристики лду~ паралэезпно оси напряжений (см. рис. 3), т.е. проясходит пероход от крутой области ВАХ к пологой, в которой ток очень слабо зависит шб,

Насыщение тока 1, после перекрытия «овала обьясияется перерасорсделением падения напряжения между иизкоомнои и высокоомной (перекрытои) областями канала. После перекрытия капала пракггогескн все напряжение падает в области псрекрьпня Дальнейшее увеличение напряжение с~ока привотги~ к расширению области перекрьгшя и соответстлснна увелнчению падония напряжения наной и не сопровождается увеличением така. В то же нремя ток нс умеяьшаетс», поскольку все электроны достигоше ОП3 вблизи сюка переносятся электрическим полем в область стока.

Пологая облаем, ВАХ иачинаюся после эксэреьгальг~ой гонги хармс горио гик найдем зту тп гку из условия г(7, г(и, = О. продибзферендир> ем и приравнясм к нулю (7)

Разделим переменные в (5) и выполним интетрирование по ддине канвла,

учитывая, что и(О) = и, и и(74)= и,ч.и„запишем.

Откуда и, = и,- и, Подставив в (7) это значение и, дая экстремвльной точки, получим для

пологой области ВАХ '

~„.~.~,,из и.,(и, Юп'1

(8)

Это выражение достаточно громоздко и поэтому вместо него, без

значительной потери точности, использую~ более простое выражение:

и,.- и,, иэтО, и, -и,,

зх„и.ти„' и,ни„

(9)

Па рис 7 показаны зависимости тока стока от напряжеглия затвора (при ик = 0.7 В. и„= 5 В и ((, = 1кОм), рассчитанные па (8) — нижвяя и (9)— верхняя ггривая, с использованием программы МаЩСаб.

4 2 НП> т 2бг)

2

Вели (А э и, и и„и' и, (что справедливо в бозьшинстве режимов), то;

о и о а ш а а о о 2

и

Р . 7. 3 п пока от пр янина звт ра, расее е форму. 19) 'б -юр пал крн аяи форму (8) — вн а ревю

Распознанный текст из изображения:

Гела (()„-~- (( )

гййгя

П2)

8нвя

Откуда

П))

1.2.2. Схемотехническая модель

1(зи

Усилите юные свойства полевого транзистора принаю характеризовать

к(зу целой 5.

Рмл. 1 «яч ю «руппнмл щзр пнс р у р шгнмшнирлн рещв ° ря:я нвзат ра(ц — мара гнща и )

Как видно из П1) с ростом напряжения затвора крутизна для полевого транзистора с управляющим р~-переходом падве~ Соответствугопгая зависимосп крутизны от напряжения на затворе воспроязведена нн рис. 8

Влияние температуры на параметры транзистора

с управляющим переходом

Изменшше валю-амперных характеристик ПГУП с ~емпературой опредеяяетсл температурной зависимость вачальной проводимости канала. Я,„и соответственно максимального тока ! » а также напряжении о~сечки С„, эти значения влияют как на вил БАХ, так н на величину крутизны (см. (1О), П Ц).

Изиенение с температурой Я,. определщтся температурной зависимостью шектропроводносзи материала канава, т.е. температурными зависимостями концентрации основных носителей заряда н подвижности. На изменение щнряжения отсечки влияет, в основном,изменение с температурой контактной ре шасти потенциалов. Используя (4), можно записать:

ТКс»Т — — - ь»П„)г»Т, (13)

С увеличением гсмпературы контактная разность потенциавав примерно линейно уьгепьшаегоя Слеловательно. в соответствии с (13), с ростам теыпературы иапрюксние озсачьи будет во"»встать.

На рнс. 9 показана эквивалентная схема полевого транзистора, основным лементом которой, характеризующим усилительные свойства прибора, як яатся зависимый генератор така ЯП» Частопгые и ньгпульсвые характеристики транзистора опредечяются емкостями;затвор в стек С„» затвор - исток С„, сток - ишак С,„. Емкости С„и С . зависят от площади затвора и с»сцепи лепзроаания канале, емкость С„самая маленькая среди рассмотренных

Сопротивления утечки Яа, Я,. весьма велики и учитываются, как правило, при расчете злектраметрических усилиюльных каснадов постоянного тока. При расчете импульсных каскадов и усилительных каскадов переменного тока их, как правило. не учитываю~, поскольку проводимость Межэлектродных емкостей обычно нсегда бозьше шуитирующих нх резистивнык проводимостей.

Рнс. 9. Эквивалентиан схема полевого транзистора с

управляющим рп-переходом

Распознанный текст из изображения:

нелепее >нот> опз

пешсд ш

Рис, 16. Пример МЛП структуры

Обогащение

Обеднение

Инверсия

Ес '

Е,

р' °

Е,

)14)

Рп.

2. ТЕОРИЯ РАБОТЫ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С

ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ

2.1. УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ ПОВЕРХНОСТИ С ПОМОЩЬЮ

ВНЕШНЕГО ПОТЕНЦИАЛА. СВОЙСТВА МДП СТРУКТУРЫ

2.1.1. Идеальная МДП структура

В оснопе работы поясных транзисторов с изплираванным затвором лежат

свонства МДП структуры )рис. 10).

М 1 с>

1>о существу этв структура представляет плоский конденсатор, одной из абкладак которого служит металл )затвор), другой полупроводник. Особенность гакого МДП конденсатора по отношению к классическому МДМ конденсатору в том, что в обьеме полупроводника заряд может быть связан с носителямн разной физической природы свободнымн электронами и дырками, положшсльно зарюшнными ионизовавными донорами, отрицательно заряженными иояизованными акнепторами, а также заряженными дефектами. Рассмотрим виачгше идемьный МДП конденсатор, энергетическая диаграмма но>ермо дтя случая пог>упроводника р, представлена на рис. 11. При этом был сделан рнд допущений:

1) Разность работ выхода между метал чом затвора и полупроводникам равна

нулю

Фмпп =Рм 'Рпп=фм )ХЭ эфй)=О

й

24

где для р-типа фд = — !и — и, дл» и-типа фр = — 1и—

р О)лг)

и, — собственная концентрация носителей. Следует обратить внимание, что входящие в )14) величины, кроме Ее

выражены в единицах потенциала(В), Е, выражена в энергетических единицах

)эВ). 2) В диэлектрике и на границах раздела металл-диэлектрик и полупроводник-диэлектрик нет никаких зарядов, т.е диэлектрик свободен от каких-либо дефектов.

» Отсутствует какой — либо перенос заряда через диэлектрик, т.е. он является идеальным изолятором.

)'

Р .ы. э р с нче «аад гр и нл . ° пмдпсзрукгур

е„— р,>г> * ь д .: . х — р лег сктмктроау.А — ур Ф р. н >сгашэ,

΄— >р . Ф р > р ьслнакклс — р н з пр шеа к>они пшупр д к

Если к МДП конденсатору приложить электрическое напрнжеиие, то его обкладки >арядятся. В зависимости от знака и всдичнны приложенного напряжения поверхность полупроводника будет обогащаться или обедня>ься основными носителями, и>и произойдет инверсия провопимостн, в том слГ>ае, когда концентрация веосновных носителей заряда станет больше чем основных. Зверю>ические диаграммы, соответствующие разли н>ым потенциалам затвора, приведены м рнс.12 !потенциал в глубине полупроводника принят равным О)

и) б) в>

Р .1ЗУЭ р ес я р ммма. МДП ру урм в лу р панк мр и

При отрицательном потенциале на затворе к поверхности подтягиваютсн дырки и ик 1юверхностная концентрация относительно равновесной возрас>аег

>то режим обогащения припаверхиостпой области палупроволниш основпымн носителлми заряда При подаче небалылих положител~ных

Распознанный текст из изображения:

ы

пгп енциалов на затвор электрическое поло отталкивает дырки от поверхности н иъ концентрация вблизи поверхности уменьшается, но их «онцентрапия все аце превосходит концентрацюо звектроиов подтянутых электрическиьз полем к поверхности, так что тнп проводимости припаверхнастной области остается ,гырочным, т.е првпаверхноспза» область пбедняетея основными носителями заряда относительно объема При дальцейшем увели гении потенцигща згпвора «овцснтрацпя электронов в приповерхнастнай области сшнавитс» больше концентрации дырок в объеме, т.е. происходит изменение ( инверсия) типа проводимости. Энсргетизсские диа~раьгмъз, соответствующие режимам збогашения. обеднения и инверсии лля полупроводника р-типа, показаны на рис.12. Аналогичные явления будут иметь место для полупроволника н-типа (при агам искривление зон на диаграммах будет направлено в другую сторону).

Изменение зюверхноствопз заряда индуцирует изменение заряла в объеме пояупроводннка, что сопровождается изменением изгиба зоа вблизи оаерхпости. Для характеристики этого изгиба булез~ использовать понятие и всрхностиаю спектроствтическаго потенциала щ (см. рис 9). Величина шергин цй(х) измеряется относительно середины запрещенной зоны, при этом принимаешься, па потенциал в глубине полупроводника ранен цв Зная величину пстенцнала гу(х). возможно рассчитать ргюпределение носителей, заряда в припоаерхносгнай области. Действительнп

'Р

~ ло Ь) = йууд-тепловой дат енциал равныи О 026 В при комнатной температуре.

Инверсионный

° лой

г

Е,

6 Д/

ЧЯ

о

Е„

Диюсктрик

Р е.зэ. З р ° с «аяз р чьмл юрмм ля з р, р- нв

Испозп зуя у„возможна выделить следующие оснавяые режимы (рис. 12),

характеризующие состаянвс поверхности:

° ч, < 0 — накопление дырок (зоны изгибаются вверх);

° 9, = 0 — плоские юиы (и ч р),

° цг > У, > 0 — обеднение дыРками (зоны изгибаютсЯ вниз),

Щ = ег ва павеРхпости выполнхютса УсловиЯ лла

собственного .полупроводника (уровень Ферма находится вблизи

середятгм запрещенной зоны);

° 29г > ж, ' цг — слабая инверсия (Иь > л > р), наблюлаегс»

преобладание концентрации элеюронав;

° ~р, > 29г — сильная инверсия (л ' М ).

Для юге, чтобы рассчитать распредеяения концентрапий свободных

носителей а приповерхностнсй области необходимо рмлить уравнение

Иувссона. устанавливающее связь между распределением потенциала и

простраггственноггззаряда р(х):

д йг р(з) 0

2

— — -гр(х)- (~)'-Агд-у(.)

дх вбвпп абкпп

(16)

с„ — диэлектрическая постоянная,

с„„ — дизлеюрическаяпроницаемость полупроводника.

Для югп, чтобы получить распределение электрического поля необходимо выполнить игпегрнравание(16)

д[ ] = — —. /[АГ '(е "' à — 1) — 7(й'(е1 ' т — 1)]Ар 117)

дз [дг~ еОспп О

Иг куда полу ягжм

Д(х) = — = ФЛ вЂ” — Р (Зг. Агс Д (181

дз 1р

гле Г(г(г,дг„) =,(е цгп' ч Зз'((т — 1-ь(л, (И„)~(еч~цг — Дг (((г — РИ

поде~явить шачение Г,.

Б И БР И О 1 Е КА ~

'йй Мббй, ЭйбР(В)уйЩ йй-70

Ри

1:„ .ав(77

(.г, — (И зн , положительный виан соатветотвует случма Зг > О,

Одг„

о~ргзцательиый ц ч О.

Для того. чтобы получить значение поверхностного поля в (17) нужно

Распознанный текст из изображения:

б!9)

Расчет !19) выполнен для палупроволника вотированного вхцепторами, для Лонариого попупроводника значение)у,заменяется наус.

Зависимость плотности заряда от поверхносыгого потенциала, рассчитанная по !1 9) для случая Х,= 4 10' см ', приведена нарна. 14.

Из (19) рассчитывается емкость слоя прастранствеинога заряда полупроводника

О,Е, = ОЭ„ЕЭЭ

)23)

Сне =дол,,'д ргл

!20)

Для случая плоских зон из !19) и (20) можно получить

Счч,„,„ч = 1!П) С, = — ''

е ~о

(21)

Диэлскгрнк

О,

0

Поверхностный потенциал рл 11

-О б -0.4 -0.2 О 0.2

!О

а)

!О

б)

ц. х

11оаерьностный элекгростю. потенциал)взгиб зон) !э Ог~ Зг'

Р Э14.из ин пл вотнзармгаовгэ.п ре д н В а вне мат

НМОР Ч - Р ЕО маяки Лазч Ьз РХНО О Е

е синналаеюг!ек Ри' л эл л р Ь,

Из усиовия электроиейтральносзи слелует, чзо заряд ва обкладке метшшического затвора далгкен быть равен по величине, и противоположен по знаку заряду на полупроводниковой обкладке:

При этом

-0 = О. = Я' Ъ= Р-ОД'зо, (22)

У Е1угу = г)л 'Сг

(24)

су

10

о

10

Опп = ВОпэЕЭ =2з'2 — ' — -РТзрг,МО )

— 0 ни!

Ед

щ р га 1О 014 ег й Е1

се

к

где !), заряд мегалли юскога затвора !в расчете на единицу площади);

цгчч — заряд в полупроводнике, состоящий из заряда инверсианнаго слоя я и заряда ионизованных доноров !)в находящихся в области простршгствепного зар ща гол шиной и

На границе раздела полупроволниха и диэлектрика дллжно выполнвться

у~повис.

Характерисзические диаграммы, показывающие распределение электрического поля и потенциалов для рассмюриваемого нами случая, показаны на рас 15.

Соответствующая энергетическая диаграмма была приведена на рис.13.

Рис.!5. Харантериетвчыине диаграммы МДП структуры

-р нр в н е р ва б- «р «о, ч- рошюичеогого нпим

Каквидно из рис. 15 напряжение иазатворе )У, = Ул -'- Ч'г

Распознанный текст из изображения:

Обпзая емьасз ь МДП структуры

(25)

1(С -11)С„с

Высекая часзстп

С

с

Сл — емкость дизлектрика,

С, — емкость инверсчонвого слоя,

Сс — емкость обелвонааго слоя (ОПЗ)

пип

Изчсреияс на окой частоте

ч ЗЕВ Л (,р )

0 11 УЛ

(261

где Л (йгз) = )(о — Ч'У(уу

,-з)г)О .

2.!.2. Реяльнан МДП структура

Зависимость емкости МДП структуры ст наприженил на затворе,

расс штанизя с использованием (20), (24), (25) и с учезам ггло, что О,=О,„„

показана ня рнс. 16

На привсленнои диаграмме обозначены особые ючки

('гз — та юка плоских зон (гщя идеальней сгруктурь> она нахошпся при (г,=й).

Гее„— то ~ка мин~лмалглзогз емкости струк гуры,

Ц, — паром все напряжение и соотвегствугсщая ему точка, иа ~иная с «отарой

начинает выполняться условие сильной инверсии зр,. = 2грг..

В области ннясрсин зввисимооть емкое'пг ст напряжения, измерекива иа

вмсакои чистоте, не изгсет минимума. Это объясняется ~ем. чго генорапии и

транспорт неосновных носителей, создаюпзих ияверсионный слой ие могут

~~рсисхадить мгновенно Для хараьгернсзики мдерлгки в перезарялкс

инверснонвого слоя мелево ввеоти посгаянную времени т; = СЛе

гле й, - сопротивление канала. обеспечинакидего ггерезарядьу емкости

инверсионного слоя.

диаграмма. поясняющая формирование емкостей (а) н зквивалентпые

схемы МдП структуры для низких Тб) и аьзсоких васют Ф) пакшана на рис 17

! и '. 17. д тра, \аяшвюю формирс кш в МДП Рук урь

кв «еюзь (ф, а ««ия м ° а тиыез вм о иав -фаралвьм

Ыа рисунке использованы следугошио обозначения;

Поскольку в большинстве случаев измерения емкости МДП осуществляются на пысокнх частотах (мт, » 1),можно упрашить формулу для .злектростю.н геского потеицигша, убрав члены. связяявые с неосновными носителями в (18). Тогда соатветственвс упростится формула зшя емкости.

Среди мнозкесзва реальных МДП-структур наиболее важнои является струкгура металл-скисал-полупроводник (МОП), выполненная на осаове кремнию металл - 810з-б), казорая и будет рассматриваться в качестве базовой в данном параграфе.

'Энергетическая диаграмма дли реальной струятургл (для случая пасс«их юн) показанана рис 13. В озличие ст рассмотренного ранее идеального случая разность рабе~ выхода меягду металлом и полупроводником но будет ранна нулю, и будет зависеть от положения уровня Ферми в 11аннам конкретном образце, ко юров в свою очередь будет зависеть от степени легиравания бе

Распознанный текст из изображения:

Н1О

Гя. 1Я. Эиер ч ока д р мма руктурь А1-ЯЯ -Я

Таким образом, разность работ выхола между

полупроводником буде- определяться

мезаллом и

)27)

2 2

Из-за большой ширины запрещенной зоны свойства ЯОз близки к свойствам идеагшнога изолятора. В этом матсриазе отсутствуют генерируемые теплом электроны и дырки. Сравнительно большая вьюата потенпиальнога барьера на границе с металлом еы > 3,2В и с полупроводником ре > 3,2В затрудняет инжекпию электронов и лырок в ЯОз.

Электрической активностью обладают некоторые гипьг дефектов и атомиьш коофигурапий, возникающих в ВЮ, Появление дефектов на границе раздела обусловлено прежде всего тем, что пленка диэлектрика обладает другой кристаллической структурой и другим химическим составом по сравнению с полупроводниковым кристаллам, в результате чего на поверхности Я нозникают оборванные связи и в диэлектрике нарушается стехнаметрический состав. Кроме того, плотность ЯОз значительно ниже, чем плотность Я„ поэтому в неи возникают механические нюзряжени», которые приводят к ослаблению и разрыву химических связей. Для того, чтобы оборванные связи не

были ззгекзри мскн активными их пассивируют водородом при наращивании

подзатворнпго окисла на поверхность ЯОз.

Осноннос отличие реюшного диэлектрика от ндеальнога заключается в

гом, зто пленка ЯОг имеет структурные лефекпп, которые не равномерно

распределены по ее тояшине. Из за различия структурной матрицы ЯОз и Я на

границе их раздела и мего гся дефекты, которые дают уровни в запрещенной зоне

Я - паверхнастаые состояния. Иногда их называют межгранлчными,

кснгакгныни нли ьзсжплоскастными ВпзеНасе згаим) поверхностными

состонциями. Иоиизацин дефектов, находящихся на границах раздела и в

|дубине ВК)> ьггзжет приводить к изменению поверхаостною потенциала зу„и

оопзетсгвснио электрических свойств МДП структур и приборов

ипозовлсннык на их основе. На рис 19 схематически изображена

ьпзкрос~руктура ВЮ вблизи границы с 9~ На схеме покюаны отдельные

дсфскзы, шоктрнческая активность которых может оказывать л ие на

характеристики МДП структуры.

Оборканн е связы Я приводят к тому, что атом'Вз имеет только три

валептных связи — = Я Эзот цевтр явыотся лавушкой для дырок. Он

нейтрален, когда пустой и заряжается положительно после захвата дырки.

2) Н огт яом зз) кислород Г берлин ая сюш О) иЯ-О Этот центр

явллется амфозсрпым, т.е. сн может захватывать как электроны, так и

лыркн.

3) Ослаазеинил саги Я-бь После разрыва связи зтат пентр становится

зз~скгрически активным

4) Ослппзеннал сызь ВЮ Разрыв эгон связи приводит к образаваззию

зз!екгроактнвпого центрО

3) Фрпгмют и с д ржаирге водород ) — Н илл -ОН) Эти фрагменты

соединяясь с трехвалентным Я пассивнруют оборванные связи, те

лелаюг их электрически неактивными. Разрыв этих связей может вновь

прившзигь к появлению электроактивныхдефектов.

И" к",' ч...- ж ~О

Оку ",гО О" ''

О' Ъ С' О~

О

О О О

Оц у

%0

Г .Я.С* ж р руююаа з ж ы я ф юынагн щ р л я-яня

Распознанный текст из изображения:

Принцип работы любой МДП пгруктуры, будь то конденсатор илв .:ранзисзар, основав ва том, чта электростатический пашнпигш затвора иплуцирует в обььме полупроводника заряд,который приводит к юмснению электрических свойств приппверхяастнай обласз'и. Для идеальной МДП структуры зарлд инлуцираванный в объеме полупроводника равен по величине и противоположен па знаку заряду индупированному на электроде затвора. Однако в реальных системах на граница раздела полупроводник-лиэлектрнк и в абьеме диэлектрика существуют дефекты. которые могут иметь заряд, который гаюке моэкет инлуциравать заряд в объеме полупроводника. В том случае, если юат заряд превослолнт заряд на затворе, то потенциал затвора будет оказывать влнянна на заряп а полупроводнике ~олька при очень высоких напряжениях, которые парой могут превосхашжь напряжение пробоя структуры, т.е, такая МДП структура будет »е управляемои при нормальных рабочих режимах. Поэтому одна из основных задач техяалогии МДП приборов заключается в сяиженин дефектов в окисле н на его границах. с тем чтобы уменьшить заряд зкраниругоп1ий электрическое палс затвора. Этот заряд ~асто обобщенно называьп зарядом, связанным с павсрхноатными состоянгшми, однако структура ега слажнаж Он может состоять вз перечисленных ниже основных зилов, которые иллюстрирует схема приведенная на рис. 20.

΄— заряд поверхностных состояний Гюгйсе згаге), который концентрируется вблизи границы раздела ВГ-ВГОз. Поскальк> эти состояния располагаются вблизи уровня Ферми, время нх перезарядки может быть весьма малым

ьуг — заряд фиксированный вблизи поверхности >обмен зарядами зтога типа не может праисхолить так же быстро, как лля Ок).

О, — заряд, захваченный лавушками, ваколяа1имися в окисле, возннкаюший в рсз>пюате тога, что распределенные в окисле ловушки могут захватывать попавшие в лиэлскзрик горячие носители или сами ианизавазъся в «ысакам электрическом нале.

й„, — подвижный ионный заряд, который возникает в результате присутствия в днэлсктригге посторонних ионов, например )>а . движные ы-1> аченный яд- 1>, строенный д ь>г хностный -0м уи ь2В, Основные тнл р*д н ЛгО МПП структуры

Рис 21 илл~острируег ввияние фикаированнот вблизи поверхности заряда Г)глля случая В> п-типа и отрицательна заряженного затвора. Исака>и,ку Г>г экраннруег элекгричеакае поле затвора, то как видно из рисунка часть силовых лилий ве проникает в глубь гюлулроводника и ширина ОПЗ будет уже, чем в са. чае, когда Ог = 0 таким образом, происхадгц сдвиг вольт-фарадной характеристики по сравнению с идеальнои па величину:

д Мг! ЬГГ =— Г2В)

Сз

Для структуры Вг-ВОз заряд бг), как правила, положительный Заряд, мхвачснный ловушками в диэлектрике, приводит к тому жс эффекту, чта и О,- паршшеяьнаму сдвигу характеристики.

Поверхностные состояния имеют непрерывный энергетический апектр в запрещенной зоне Я и для их характеристики, как правила, используют понятие -з

б)'зз ллопюсти поверхностных состояний Ре )см )ЛВ): Р

ДД Энергетическое распределение плотности паверхиосгвых состояний приведена на рис 22. Мам п, гз>02 йг

1 и,

—...., )и -Г> гбха

г

мГУ, 0)м)дг=6 у 21. В л шм штрем д . еюрггкзарваа- Пг . -ф ралнум

*алакгерис уМДП ру ур

Пу ~ гирмз пша «л *ар псрнлггкаГПг)

Г!аверхносгные состояния в зависимости ат энергетического положения нх >иергетичсокого урания можно разделить на лва типа донора-и акцептороподобные. Донорополобные саатояния заряжаются положительно, когда они о>дают электрон )пустые). Акдептороподобные заряжаются отрицательно. когда они ~ахватывают электрон >заполнены)

Распознанный текст из изображения:

гр

и

1 гз

1О

1О

1 Ого

1

С=

1УСд л1,'1 Слк л С

пп

1291

1Зоскольку скорость обмена зарядом межлу поверкностными состояниями и объеиом имшт конечное значение, что будет привалить к частотной зависимосги смкасш МДП структуры,

На рис 23 приведена эквивалентная схема лля МДП структуры. учигывающал влияние поверхностных состояний Сравните ее с аяавогячнай сксмой для идеальной МДП структуры 1см. рпс. 1б1.

Когда часто га. приложенного к затвору напряжения настоэькп згюга, гто

преченем заряла С„, можно пренебречь, то будет справедлива схема замепгения,

показанная на рисДЗ, а

Соответственно емкость МДП структуры будет равна сумме посэеловательно акжоченных емкостей Ск и парнллельного соединения ('„,л С„ь, прв ген Сьь, в саонз очередь, равна сумме емкостси Сп 1характеризует олгоплевие пространственного заряда) н С, 1харакгсризует накопление в ипвсрсианном сгюс1

Вошожную величину С„пожни оцеплть по известному эвсргсти юскому

спектру плотности полсрхносгных состояпий 1см. рис 221, При.пом для малого

° ш'наяа допзскается, гто О„в лрслсвах поскопьких Ы медленно изменяющаяся

фтшгпии Тог,щ справеллива

дО„

С„м -ж д п22„1гр 1 ПВ1

ййг,

Па выспких частотах суммарная емкость уменьщакгс» за счет того, что

повсрхпосгныс состояния имеют конечное ерема перезарядки

пропгзрциопальпое г„— Д„Со,

2,2. ПРИ1РДИП РАБОТЫ МДП ТРАНЗИСТОРА.

ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

-"рт1;

В осноас роботы МДП транзистора нежит рассмозрезггзьзй н лрелылушсм параграфе зффскг управления поверхностными свойствами полупроводника за счсг изиенення ппгенцплла затвора Дтя обеспегения прохождения упг акляеыпго гока под затвором оздаюз лве дополиительяыс электродные области поток н сюк На рис 2Д показана конструкния МДП транзвстора с инлунированным п-каналом.скопа его акзлоченис и графвческое обозначение

Поязпроводниковыс области истока н стока создают из си:гыю лю ированного, обзгадающего хорошей проиодимосгыо, материала, оглггчагогншося по типу от материала базовою крнстачла Таким обрюом, при отсутствии напрялгешш гм затворе мекгГу истоком и стокам оказынаются даа ° шрсчновклгочснных диода и соответственно ток в этой цепи будет равен обр иному току одного из диолов, те весьма мюг и транзистор будет нахо нггься н закрыгоы состоянии. Для тоги чтобы транзистор открыяся иа зшвор пеобзолнмо певать такой потенциал относительно патеипиала позыапкгрной обэа ти, пабы на поверхности пронзошча инверсия

Распознанный текст из изображения:

-ф

Ггв -Гзв о

б)

угзз й

проводимости. Прн зтам поп затвором инйуцируется область и-типа, бр з сую пшя канал. соединяющий и ' аблабци .. истпка и стока, яс'. ре шовклю генные рл-переходы исчезают, и в стоковой цепи начинает притекать тоь Принята считать, что транзистпр открывается при напряжении ШГВОРВ, Р6ВГЮМ ПОРОГОВСМУ вЂ” Улв ПРИ КОТОРОМ На ПОВЕРХНОСТИ ИаЧниавт выпоэнятьсл условие сильной:йнвсрсии Гсм. 22ПВ Сгоковьгй ток тем выше, ~еьг больше ипдуцированньш и канале заряд н соотвезсгвснно больше проаадимосп. ип ерсионцап слоя

! Ьзяя1тггосгь напряжений полаваемых на электроды МДП с шщуцярованными л- и р- каналами при их работе в усилительном режиме пропзвопопожпв Для л-канального транзистора на затвор подается плюс оз носнтельно истока, нар канальный транзистор минус

36 стогг прианмаетс» тот электрод, к которому дрейфуют основные пгснгегзгг. ге. в р-ьанальном транзисторе сток должен быть отрицательным и ~ носит ел~ но исз ока и а л канальном — положительным (см. рис. 242 уг. ус

Сью

рю.2ч.и - мп р ы шра рн МДПтя р налуц р в н ым

авром

- ыюл е, б-пер.датшгные

Г Га рис. 25 представлены вольтаьгперные характерно гики, тини шые для МДП трэнзисюра с индуцированным каналом. Как видно из графиков на карактеристиках МДП траазистора моэкно выделить две области: крутую и пологую. В крутой области ток стока примерно линейно зависит от напряжении исток-сток, поэтому ее часто называют линейной или триодной областью, поскольку примерно гакне характеристики имеют ламповые триоды В по,ююй обласзн зак осока очень слабо зависит от напряжения на стоке, полому эту обласгь часто моделируют горизонтальными пряггыми, просгирающньшс» шглпгь до напряжения пробоя. С увеличением напряжения на затворе гочки огсочки, разделяющие крутую и пологую области, сдвигаются и область болыпих напряжений сток-исток по параболическому закону.

Возможно подобрать параметры МДП транзистора таким образом, иго ппверсия будот наблюдаться уже при 2/, = О, такие трагписторы называюг ~р,гнзисторами с встроенным каналом. В транзисторах с встроенным каншюм прн изьгенепии напряжения на затворе в зависимости от егп полярности инверсия будет либо увеличиваться и так стока расти, лпба уменьшаться ло зсл пор, пока транзистор не запретса При подаче напра>кения па загаор ко~гггентраггия носителей в канале будет либо возрастать, яибп уменьшаться нпяоть до полного исчезновения канала и перехода транзистора в запертое ~аггклзо генное) состояние, в «отором выходвые токи буду~ онрелелязься обратными характеристиками исток-стоковыхр -переходов

Харак гсристнки транзистора с встроенным л - канюом приведены на рис. 26.

О бма 22 6 ГУЗ Р . 26. Гр 6 кш ал ' ии МДП р н не игра «тр

- мнерные кар «г р кн

лные, 6 — шр д ы

Распознанный текст из изображения:

2.3. МОДЕЛИ МДП ТРАНЗИСТОРА

2.3.1. вйизн ческая моле вь

(37',

(3()

и, = Оран, = - ряСл[(/, — Сг„- С(хЗ].

(32)

Плотносзь тока в канале:

./, = пгЕ(х),

(33)

с )) де'г( ((7 (7 )

г(7 И'г С

г((У 2Е

(39)

(34)

)2,6 = ))Рйлс„(и, -и„-и)йи.

О О

(35)

Откуда полу ши

((2

"((С -Сп)С(. ——

(36)

(гп

Для получения лныипгчссього выразкепия, позволяющего описать ВАХ

Мт(П |раншстора,слелаем следующие основные допущения

° одномерное приближение, те концентрации ааситсясй и потенциалы

по се ~ешгю каныа постоянны,

па поверхности выповняется условие снлыюй инверсии (П, (Д), ~арал ва поаерхзтосзггых состояниях постоянен в ле зависиз щ изгиба гоп.

лрейфовые токи значительно больше диффузиошгых и последними

можно Пренебречь

подвижность носит езей зарлла в канале нос юянпгь

Буки считать, по ось х направлена вдень каныа (см рис. 24) Для

шздуцнрован юге в ыпалс за)\яда О мо кно записать'

(), =- С,[бг,— (7„- (7(х)),

гле Бпб - потенциал в точко канава — х

Для навелеиной поверхвоствои провалимости, обусловленной зарядом

инду цнровадпьщ юрадом затвора, справедлива:

~ ю Мхз .- - гДД х тогда, нспользуя (32) и (33) для тока стока, запишем

уя =ДВ =ОЕ(х) В=)РП„С„(((, и„-(7(х)/6СУ(т,

где % — шири во канала, (2 = (/(х).

Выполним я (34) разделение переменных в проинтегрируем

пплучившееся уравнение вдоль канала:

Б (Ус

При увеличении ыпрязкения на стоке потенциы (7(Е) = (), стремится к

Ь', и при нскоз ором (7, — ((я инверсия в некоторой, находящейся вблизи стока

~ о шс отсе ~ки псчезаез, канал перекрываотся обллстыо обедненной веси галями Иа ~ннля с зщго момента. ток стока образуезся носшелями, которые дрейфуюз ш проводящему канав> н затем инжеьгвруются в обеднешпю обласп, расположенную о~ оле стока. Даш нейгпсе увеличение напряженна па стоке и булст приводить к возрастанию ыка стока, поскольку асс прнрапгепи ~ьзпряжепззя будег осуществляться за с ы падение яапрязгения на перскрытоь ОПЗ приотоковой области канала, при эзам ток стока буде~ опрсдыятьсг гшленисм напряжснил ат истока до топаз отсечки, повозкспие копзрпи прв увеличении напрязкепня па стоке осзвстся полн постоянным Небольшог смешение точки отсечки за счет расшпрения обедненной облыти пря возрастании по~снпиала стока будет приводить к некоторому увеличению токь стока. '(аким образом, при С, > (А„ исток-стоковак вольт-ампсрная харакгериспзна будез переходить аз крутой области вполагу. Значение У„я = Г найдем из оледугощего условия

ОДЕ) =О=--С,((),-()я-П;я),

О--н. Пи, =- и, - ия

Полставим это ша ~ение П„, вместо П, в (3)-36) и пайдсь| выражение лля

выхолныхвальнамперных характеристик МДП транзвстора в пологой облаето:

г

2Е

')то выражение описывае1 передаточную характерисз ику для МДП

~раггзистора (ом рис. 25, 6).

Исповьзуя (38), получки выражение для определения крутизны

характористикн:

Р . 27. Змиев «кру звм МДПтр пвст»ра и луавро м к» а. ом

р» ввяггя а я р

Распознанный текст из изображения:

зз

2.3.2. Схемошхнвческая модель

подл,с

3. ПРАКТИКУМ

3.1. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

7 = — (и,-ип-угбугю >

(4П

Соответствующий график лля зависимости крутизны от напряжения на

затворе приведен парис. 2Е

Рассмазрнм влияние подложки на характеристики МДП транзистора.

Ес

-' ли подложка имеет положвтсльиый потенциал относительна стана, как

но покюано на рис. 28. то этот потенциал будет поднимать патенвиал канала,

гга будез приводить к уменьшению разности потенциалов межлу затвором и

каналом и соотаеюгвьнно будет уменьшаться заряд, инлуцироввнный а канале

н ираводимасть «аята Поэтому потенциал подложки подобно потенциалу

штаара можа> управлять проводимостью ха>зала однако отличие будет

ыключа ься в том, что если >величеяие положителызога потенциала на затворе

будат увели знвать ток стока, то увеличение лоло>кительного потенциала на

нолложке бул т приводить к уменьшению тона стока. С учетом мого замечания

формулу ГЗГ>> дзя области крутой ВАХ транзистора можно переписать а

следующем ниле

Е у>„С„ гс

— — Ки„-Сга-йбугю )и,— — '],

2

(407

глс казффицншгт 1 зависит ат конструктивных особенностей транзистора.

В пологой области ВАХ транзистора о учетам влияния подложки, после

подстановки в <3 > > — (38> СГ, = С", — Сгл,примут вид;

узн.13. Пнлм инс МВП рант ора управа«с иоилнкк

Усилительные свойства ЕП>П транзистора будут характеризоваться

круз изной ло подложкез

гзу, И'цеС,

ззсуесм Л

Эквнвачеззгная схема МДП транзистора, учитывающая возможнооть

> правления па подложке, показана на рис. 29.

Ри .23. Эк к и МДП раизнстара

Прн дозгитнен лодгатаеке по данному учебному пособию, лекдиям н рекамендананной литературе аледует изучить принпип рабаты транзистора. ега мололи, озткомиться по справочнику с основными типами биполярных транзисторов.

Домашняя подготовка дамкин быть обязательно отражена в рабочем н>рвале, я коюрый должны быть занесены эквиваяентныо схемы, основные раочепгые формулы, Измеритезьные схемы, даны ссылки на использованную при полготовзгс лизхратуру.

Прежде, гем ирнстуиать к исиеренннн анима'тельно изучите схему, проверьте ее соатаетотвие схеме, использованной нри домашней подготовке Изучитс измерительную аппаратуру, обратив особое внимание на назначение н ноаожание персюзючателей. Перед вклзачением нпгаратуры рекомензгтется установить переключатели приборов в положение, соответствующее нх минимальной чувстиительнаати. Положение ручек питания должно соответствовать минимальной выходной величине.

Выполнение расчетов прн подготовке к работе. При подготовке к рабате рекомендуется выполнить расчет параметров транзистора с использованием рас мотренных в параграфе З 2 м >делей Расчеты должны

Распознанный текст из изображения:

зз

(пя~г. вьшгзлнсны с ггсгазвьзпваггнем математического лакею МЛТНСЛР иэи

МЛ П.ЛВ в.ш аналогичного.

Яани лнелне гксл рмчелглепыюй члслш лрлк якута После вкяю'юная н эмеритальной аппаратуры, проверки ее рабзогоспособностн н рабозоспособп( стн ггзьзсрясьггз~а траазистора рекомендуется в соответствии с ысиорзнымн Згннымп транзистора выбра~ь препелы измерения н проверщь .значения токаи и напряжений в л)тайнах тачках с тем, побы правильно выбрать масштаб и сперпментальных графиков, Г)рв выполнении измерений рскомевдус~ея экспериментальяыс тачки наносить непосредственно на Пзлфик, ~аспзгаб ко.горого вьгбран всоответствии с задапнымн пределами.

При л пышней подготовке к рабате теоретические расчеты должны бьзть выполнены в предслат, соотвотствуюгцих экспернмс~гтальггьгм пределам пшсрсний

Сасерзманлг «ам глг

Предварительный расчет харахтеристик транзистора, расчезныс

харакгорнсгикн. эквивалентную схему' транзистора со значениями рассчитшлзых и изморенных экспериментально параиютрап

з Спсдевии оо зкспериментюьнам ооразце маркировка, спрввочныс

парам гры

3 Рксперименгсльныо графики ирезульсазы ихобрвботггн

4 'Зашюченис. содержащее выводы о полученных 'резульзатах и

,зостоверности использованной для расчетов модели, рскомеидвцви по ее усовершснсгвованюо.

3. Рекомендуется в авчале расчета перечислять все допущения, которые прнннманмся в используемой модели.

Например: Т = ЗООК, все параметры полуправодникапого материала

постоянны по сочепию каната, (одномерная модель) и не зависят от концентрации свабоюгых носителей и напряженности электрического поля.

диффузионными зоками пренебрегаем. поскольку грагпгенты ггонцентрацни посителен заряда влопыганала не велики и т.п.

В слу гас, если результатамн расчета являются нереальные значения.

сгу,гсггг вправе скоррскгировзть исходные даиньы, сделав соптветствуюпгее

обоснование.

Экспериментальный стелд

Измерения статических характеристик полевого транзистора с управляющим р -перехопом осуществляются на универсальном стенде, схема кгз~орого прнведенв пв рвс. ЗО, где Е, и Е, иотпчники посзолнного напряжения. 1 леммы Э(И), Б(3), К(С) служат для подключения истока (И), затвора (3) и с~тэка(С) ~ранзисгора Псрею~ючатсли П~ н П позволяют изменять полирность источникпв пнтвяия, в соответствии с типом канала измеряемого транзистора

Вмза.б*а а 3, рнт . ьн ге гмш

Набор сопротивлений Я~ н Я используезси щ~» задщгии предельны: значений токов во входной и выходной пенях (кюмма П и исто шик нитяная Е и сопротивление Яз служат для задания смегцеиггг~ в приборах с четырьмя выводвмв и в данной работе неиспалюуются) Измереяня ггзкоа и наприжения осугггссзвггяюгся но входноя цепи с помощью приборов Г, н Ен в выходной шю гнет опзепна с помощью приборов гт и Рз

Распознанный текст из изображения:

за

3.2.ЛАБОРАТОРНАЯРАБОТАкИЗУЧЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮ)НИМ

рл-ПЕРЕХОДОМ»

Цать рлбатмт изучение принципа дейотвия, посгроедие модели, расчет трактерис гик полевого травзистора с управляющим ри-перехапом, измерение характерно>их и ппрсделение параметроа образца; сравнение расчетных и экспериментальных характеристик, оценка возможных расхпждений, рекомендации по усовершенствовннию модели.

3.2.1. Подготовка к рабате

1 Запишите уравнения, устанавливающие связь выходных и передатогных характеристик палевого транзистора с управляющим рлперсходам с ега геометрией и параметрами областей

2 В соответствии с камерам вашего варнанга выполните расчет выхолных в передаточных характеристнк транзистора. Данные к расчету приведены в приложении 1.

Метод «еекиеукезвиил

Если расчет покажет, чта транзистор является нормальна закрытым. измените его параметры таким образом, чтобы он был аткрьц.

3. Постройте семейства выходных характеристик для случая„когда напряжение межд> стокам и истоком изьгенттся в пределах ог 0 до 10 В. При построении характеристик задайте не меньше трех значений напряжения на затворе )при этом начальное значение напряжения должно быть равно О).

4. Постройте как можно более полную эквившгензную схем> тратистора Обозначьтс на ней значение тех параметров, которые вам удалось определить ° результате расчета.

5. Внимательно прочитайте задание экопериментальной части работы л методические рекомендации.Постарайтесь понять значение каждого пункта

б Изучите схему уяиверсального измерительного стенда Зарисуйте схемы, которые иапальзуя универсальный стенд, соберете лля измерения выходных и перслаточных характеристик полевого транзистора. При этом задайтс гип канала травзистора 0наприьгер, л-тип) и правильна укажизе полярность внешних источников и измерительных приборов.

Методические Гк тония

Пункты 1. 2, 3 рекамеидуетси выполнять с помощью математического программного пакета, например МащСад или МатЬаЬ и г.п. Основное условие к используемой для расчетов программы код должен быть открытым. чтобы можно была проверил. правильность построенной модели и гюпользуемьгх бюрмул Пс рекомендуется применение программ, создающих исповняемын

модуль (с испшгьэованнем языков Ое1рМ, С, Вазе!с и пр.) В качеатве примера в ° рияожении приведены примеры домашней подготовки с всполюаванием программ МаШСад в Май.аЬ По сравнению с Ма1ЬСад программа Ма11.аЬ предоставит> бгшьшс возмахгностей, что позволяет при ее использовании пасгро~гть характеристикл. имеющие вид приближеяный к реальным тарактсристикаьг

Прннслонные примеры демонстрируют асабевнасти применения ~агематичсского описания физической модели транзисшра и инструмента>и.ных машматичесьих средств

3.2.2. Экспериментальное измерение статических характеристик

палевого транзистора с управ чающим рл - переходом

1. Подготовка к измерениям

1 1 Ознакомьтссь со стендаы и измерите>шными приборами Получите гбртсц для гцмсрений. Запишите его марку. По справочнику уатановите тип сга «анапа. Запишите в журнал предельные параметры, рабочие параметры, а ~вязке рекамснлуемь>и производителем рабочий режим транзистора )если такие рекомендации имеются).

Методиаескиеукезения

При подключении источников питания их полярность относительно обшей тачки )земли) устанавливайте в соответствии с типом канала грапзистора

1.2. Установите элементы регулирующие напряжение источников питания, в начатьное положение; установите наиболее грубый прелел на измерителях тока и напряжения; включисе установку и все измерительные приборы Проверьте калибровку нуля всех приборов и в случаенеабходиыости проведите необходим>чо коррекцию.

1 3 Установите напряжение затвора относительна стока )П,) равным н>лю и проверьте работоспособность источвика питания, измерителя напряжения нстоксгак и измерителя тока стока. Для этого, изменяя напряжение ис шчника ат нуля до предельного значения П, „... )но не более 10В), проследите, ках изменяется ток стока Зарегистрируйте максимальные значения напряжения исток сток и соответствующее еыу значение тока стока 1„„В дальнейшем эти значения можно исппльзовать как ориентировочные при выборе масштаба ~ рафиков выходных характеристик транзистора.

Мегл ад и чески е указал ия

Отсутствие изменений така свидетеаьствует либо о неисправности транзистора, либо о неправильна собранной схеме.

Распознанный текст из изображения:

зз

1.4. Зщшйге (Л = О

— и (г,.= (Л „ю увели гиввйте напр»»гение на затворе до тех пор. пока гок стока (1,) не станет равным нугпо, зафиксируйте сгютветс гвуюшсе этому моменту ивпряженис затвора У, = П,„.

Мгз иди ескнеуит ния

По значению Уь апра»слит. при каких зна гениях напряжения нв зз~ва(эс нада выполагпь ищерения выходных вольт-амперпых характеристик (ВАХ) палевого трвнзисторв Так, если семейство ВАХ, то измерения нада вып лннгь при

и Ие" !'„,,

2, Измерении

2.1 Вьг

с юлия ге измерение заниспмасгей то«а стаха гп напряжения истока шк при ра зли шых шкшениях вепря«кения затвора. Прн измерениях вы дол«сны использовать не пенал пити различных значений нлпряжсния затворе (например, можно нспопьзовть Сш С',г. По, У,з, Уп определенные ранее см. и.! 4з Пос

чройтс лыходныо вальз-ампервые характеристики транзисторв.

Мгиюдич сяиеуктинил

Пас~до ппе !рафиков рекомендуется выполнять в процессе измереки», 1ля поги де~ветс» предварительна» заготовка и,"затем наносятся измеряемые з.очки Па пертвхальнпи оси отклвдыввстс» так стока, по горизонтяиьной— нвпряэкение исгок — сток. Все построение выходных характеристик должно разместиться в области, аграиичсннои опрелеленными н и 1.3 по оси таков знв ~еггияьги аг О до!г „,„, и по оси напряжений знвчепиями от О до Цзю, и построение передаточных харагстериатик в области ограниченной значениями по осн токаи лишениями от О да Л„ и пп аси напряжений значениями от О до Оз,

22. 3

. Задав напряженно исток — сток, соответствующее полпгой области харе«терно~их и поддерживая що поатоянным, снимите зависимость тока стока ог напряжения затворп(передаточную «арактеристнку)

Мюподл геок суллз иия

Кпк правило, для снлтия передаточной хвракзериатнки задается значение лвприжснин О.я, равное примерно двум значениям Ие. Ка = Л(l,„(ЛУ, (при (г,„ -И )

2.3 Выполпще измерения ВАХ при напряжении на затворе, саотнстствующсм прлмому смещению рл-перехода э»творя.

2 4 . Выполните измерения характеристик транзистора (пп. 2.1 — 2В) при ущзвнных прспадаватевем температурах выше и ниже комнатной.

М гнид чеслиеу«изины

1)ыпалнение п.2.3 ил 24 не является обязательным

3. Обрлботка зксперимевтвльныя рщудьтвтов

3 1. Используя выходную характеристику транзистора, си пуза при У, = О

(и. 2 1), расс штейте сопротивление полностью открытого квнвлв йс (см. рис, 8).

3 2. Используя измерения передаточной характерисюпги (см. п 2 3), постройте зависимость «рущгзны перелаточвой характеристики от напряжения и»затворе.

Мстидичеслиеукизания

Для расчета крупгзны используйте сооюющепие 8 = Л(, ( ЛУ, Посграенве выполнить для всех измеренных передаточныххарактеристик.

3.3 По графику, построенному в и. 3.2.опредечитс значение (Ус (1П.

Ъгстрвполируйте график прямой линией и па ней определите другис значения

2(сш

вхолящие в формулу (11). Объясните возможные отклонения

и, '

.экспернментвльвых рсзулщвтов от прямой линии.

3 4 . По выходпьш харакгериатикам щгределите сопротивление канава гъ

Мелюдичгскиеулюания Сопротинление канала определяется на линейном уч»стке выходной ВАХ

г„= ЛУч(Л(, Выполнение этого пункта необязательно

К» тр лыгьщ вопросы

1. Иврисуит т пл р на сдави «лис . см -«лояльно«а палево~о

~ренэ»си рз с упрееюпощим рл- перехадои

2. Пзрисуигс сгвндаргноа обозначение в схеме !з-капвльно~а пояс»ого

~рзнзисгорв с )прзн»яющим р -и р холом.

1 Как зввисит крупззнв полевого транзисторе с упрев»»шиши ря-переходом ат

и прях ения на зззварсг

4 Кзх э»виси~ яр) гизие повеваю грянзисторв с управляющим р з переходом о~

напрюкеш я вз зшворе7

5 К»хай лагакпз бытг. а впсительло зюоилсннсга ишака полярность

пчпрю слил пз звтепре и нл стикс Лля л-кзнюьна1о лыс»ага ~ряезистарз е

упрз: ащпч рл-псречшомг

6 Кж й даллеса быть атноситщыю зюс глонв го ясгпт и лярвпсгь

о, прядения п, аре ы стоке двя р-к»и»выл го палевого тр»~шсторв

эпрееляюшии рл-перс,алоиз

7 Кг«ывисш шкс~акв сазе»а (мизистарзстправл оиот рьпсрсхалам

~ сзпрялгс ня их ззгворег

8 И о п~ . ч~о раыаы теьгаерзтурь «о «р « . «щ си»лап лля

р»- ср тщш са.гзеь булы лиэгот эфф «т «ва ь ни шие щ зависимосп, ярупгзлы

ш, ш рапзссторв с усрлвлмощим у - ерехолам аг шчпервтуры"

Распознанный текст из изображения:

»с

ч Ка«)г)моин)сл вид ы оплыл ВАХ иог)свого зранзис)ора с управляющим ии-псрстплом. ес»н апршгст л)шна «аиша, а асс остшьные парачсгры осшнуг» псы щепным по

1О Кок изменится вид еыхо(вых БЛХ полевого зпа)листера с упр ввя)ашим Рл-п Р ходом. сс)н аозрастег ширпаа каншс, а все ( гшьпыс параметр льтвпугся пе)ы мшшыис

11 1) рнсубгс етрукщру выходных н передатсчн х вольт-амперных врюпернс)нк,шя тпашисгора, обазсачеш .

» ор) го понес.)опо на пролетав)мином рисунка

4!

3.2.3. Задание ня расчет характеристик полевого транзистора с

тирания)о)ним рл-исреяодом

щ кыгпк ьонс1рукпгвно-тсхнозспшескиь пврамегрлв зависит кр3п)зиа

) ю много )Рвпзвьшрв е управляющим Рлперехоломс

)3 Кок будет нанять и)мепспнс крутизны пол а го транзистора )м вил

аым диыт вшьт-ампсрных хап»кшписм)ку

Умолите вошомные пришлы )юяшш ия различил н расчстиыз и

ьсперыченш.)ыш .впаьтернстиках последн а нмк приборов

15 Квк ав с и крзтизна по)своза тра))листера с управляющим перехолом о)

:пп»и пщ ласт. ке'

)6 К)к завис)п кру)из)м пс.»о о грввзисшра с упр в» ю)пнч переводом от

зпряменпз яа зетаорсу)

!7 Дш) пов вше Р моторе с упрашяющим рл-персховпм и Р-каныюы.

)к щи)епиьш по с сч . бщ ч истоком. какой опю игшгпо земли должна быль

Ь.Р '),, Ри.' «ВЗВЗПОРС((Г„,)н)П' С(и„,)

18 7() полового грлнзисзора с управвяющиы ри-переходом и л-)шпалам.

е»юче)шым ло «» мс с общны ис)окоч, какай относительно земли дол)кна быль

)ю )ириос ш мапрялгенил на затворе (Озу и нв стоке ((7,„)

)Р 3. вп ш лн не шчпна крутизны (5) длн поленом) )ранзпсторв с управлыощим

Ривера слоч Д)157)) о) напрлмения отсечки)

20 И в 'шло, по с росгои температуры ко)пакгнвя рванешь ю нпшлов ((ук)

.)»з Рл-перемыл падвсг. будет ло зтш «ффе)п оказывать влинш е ва зависимое

ьр )ншы по»шаго тбаншстора ь упрюшяющим р -пер ход м (ГГ1УГО от

гс" лсрсгуР"' '

ЗГО' ) ПОО )О

б!О 1100 ) '1 О

( б!О ))ОО Г ).О )8.01 500

810 ' 1200 1.0; 180 ' 400 + — -и — т

610 ) 1200, 1М 1З.О ) 300

10

Го

'(го "20.0 1

)О 200 10 20 О !0 )ЗО

8'1О ' ! 1200 1 1) 8 1О ' )200 1 1 О 6 10 ~ !200 ( )Я б'!О ИОО 1 1 0

' — б 8 Г 13, и Д ( '10 ' )гсь( б~ )4 л, 8 10"* 8 16 л 08)0: б, 17 10 " 8 )8 ° 2 10 ' 2

— и"' „— ) )О н 4 10 ' 5'

)г —, зо и (10', 8'

2! и 3 10*; 2 )О' ! 1000 22 ~з.)О' 61033 ', )2))О 3 " 7710 "8 100. ! — 1'ОО л 10 ' 4 10 ' 1 ОО г, ''. "3'10% 6)о'т' ) )Оо 26 г )* .)))Х С)О' ~ 3ОО

0 О 0 о» О 0

") О 0 0 О 0 О 0 400 300 зоо 400

Распознанный текст из изображения:

)ооо

„, ° ОО 1

и

10008 ОК) 2 ! ° 0ПК)

х)О,ОО ) Ф )ОМ )10 )юг

У )ыжо и. и) Гбчыа) .: Кс)18))ООа))

и э

8.85 10

н =г.эоэ ин н -1оы )аи

) э = эоа

с=го

. иоо

=10 Ь =500

оэ -эи щ

3 2 4. Пример ретудьта щи расчет» с помощью программы МАТПСА!У

Подготовка к работе 0Игучсние статических характеристик палевого

транзистора с управлщощим рп-переходам" )Программа Ма)ЬСАП 2000) Об п)щ т- мр ур, К, ч — р л ы атроиэ, Кя; и — по ожша Бовы1мана.Д )К, 01 — шллсэой ш ал, В; ыа, ый — «о щ н рщэя лщнруищсй ланарной «ц р ий

р и. м';ы,ыс- гфф к и . щасп,сытсянийэтонспро д и иээщнпщй ом, м';Ей — шир н ) "щ«й аны.)В,и„иэ — подвяжи д ро«я электрона, сн) Вс, Ып, Рр — концснтрацли слави х цоситслей герша, м'5; М, Мр — пн )ффскти ° а а,щ-саоствснна ь нц н*рэц, м',8-дв)лектр я р н цаемыть палупр л и«аЩ,ээ-электре е к и сш иная ф))см'), Оо -ул р иэщнаепблэсти, Ом см

Пл, сэщээ; в с расочитанны п р м ри необходимы двя выпав«н даннага рванина о гадания

П р р ран)щт р г - ц на канала, мкм, Ь-ширина ка эла, мкм; Пдянна «аа э,

м; Пюконгактаы ра ныть потыциал в, В; О -н р же ыс)ки; Кс-сспро и енн пы ты р,ым,й- ру и на)цАВ).Мап:риалб) К н - ша

Задаем параметры областей БЕ

1 = 1 эог )а " ь - 1 )эо и " т : )ос щ = — ш = о огэ

° =ма И);.)аь ° =Щ ГЭ.=И. М =Ои МЭ-О)

Н;.08 И )и)

!)00) н, =оэ шм гмэ)'р — )

'тзса)

Кэ=)мь — т г) 10' Ка=)ОП

нн =.нэ гэ =и.

!н =—

щ'

° э=

мэ

Нэ=)08)ог Р =)эо 10

)в=и ) — )а=сел ч щ ( 10")

01 ээ )

и =.-ы

а =е и

э О 018 Н вЂ”. Н = 180.888

с .ь и'

*э)О"

с =о.аш с С = 008)

ппа г )с иэ ° пь)' г )пэ са)'

5 1)с.аэ) = — П—

ю и щ н щ °

щт Х)с.аэ) = а )ги)и,цап

1 )ц ° Л))'

О,=.Π— 08=02В -- 08=040

Р .3!.У гу. р выя д ** р ср ст «0отрэнгишор ур амщ р- р*де !«ал. в) . р р М)Ь 4)

При е а) я)

э выходные характеристики формируются иг участков кривых 1 )крутая

об шсть) и участков кривых 2 )пояс)ая область);

перахад ог крутои области к полагай переходит н области максимума

расчетных кривых;

параметры, итменяемые в вариантах расчетов. в разделе данных выяснены

жирным шрифтом,

Распознанный текст из изображения:

— )оаз

з*(нй =

нЗ

° а —.о,с,(,)

з и Рз * на

зз

я'з)

з

П(зяма )оп«" Зпачсння крутизны отложены а Омч (А(В(. значеаня напряженна

за(пора (В отсох)сны а вольтах.

3.2.5. Прнмер результатав расчета с помощью программы МАТЬАВ

М вЂ” файла (программа расчета)

Р' Р() '

.соу 1 сп зсас( он*гас(с з 1 г 3 11 -о с Рхт".

ю засра Уд огяшкены в вольтах.

.1 зу, Р з 1 -занос«о* сс 1 11 1 с 1 то* П ч

в раздеяе данных приведено больше исходных парамшроя, чем требуется

дяя расчета

Паспзросннс передаюачноахарапзыерпстпкп.

(ооо ((- — а1

з*)(нн =

Р .32.Р з. р перса* чяьжкар к рн а озюмс р и ср»

41)р зюмю Рз- рсюзюн(»аспооьза аняемпр)гр ммымвшза)

Прпмочочпс Значения шка зз(ОЗ отложены я амперах, значения напряжения

4 (( — — 1 1ООО

я((на( =

к н

зз ( )

Н «»=2 з з

2 (( — — С1 ИОО

зз(нй =

к и

Распознанный текст из изображения:

ст — «е ре с, к; д — 1е скоп оь д, к1! к — в 1с

энс — ь р с и» а1, у! Ва, кб — б р д е с ас оп

Сбу, К вЂ” 11 « б Су Р С С э 1 Спе б С Ь пб б

СЬ ' ».по Ь б, -3! '

38.1 — ье З-д р еп «ду, .о, , р — 1 »хоп э ьо1е аоь 1 су,

о гу(У =,;

«к, Рр — ез Рсу ое с а««оп, оо-3( мп, мр — 1 » ету

ак — с эсо о се о с сс , «-3! р — р с оса су с

РЭО - РЕ 1СС 1«У (О ПЭС), Руп 2!  — — Е .С Су,

Оь уп

са к!

с'»око. ээ, е ! 5- епа ез 1 д«ь,

спк — . пс с р с с а1, у! но — р*поь- ту 1« д, у! Во—

)э — д , ,1ор,, Вунэ

0=1.502 -13; к=!.Зв -гз; т=зюО!

Ос=(к+т>уд

К =1 18! Кб=1Е15

Мп-0,1!! Мр=.0.4

Ко.н.( 21"М "(322)*(у!зон)"(3<2)

†.О.эе20'Мр"(Зуг)'(у!зон>"(322)

р -11.8! р 0-8.85е-14!

80=1.185-»"2.3е-а

к,=е,р(-ко*о!(г*к т»"эд с(ко'Ку)

Рр=к!

К;-Вб

Рп=к "2(К

ко=К« 2(Р( !

=)ООО! Ьр-ВОО;

ор= р*н!

О = "НС

.=(! Ь=500! ).-20,

ОК=ОС 1од(РР(МР)

!)Π— нк»д"кб*(а*)е-4)"гу(8* рэ*ерэо)

К =(д* К. ! -1

ВΠ— К '1*1 -4<( "Ь'1Е-8)

( †-О:0.1!2!

00=0.4

3 — 1000уао'('—

2'(н нд 01)."1 5((3"(ОО ок)"0.5) 2*(нд»нк>"1.5((3*(ОО Пк)"0.5)),

(Х, У) - х (З ) «Х — о( Зэ, У - ба. 1 «Ье

!б О!О 1:0(у)! ю)(у) а1 т н о с «эр пб 1«п сь

Пг-н(у).,01:г

1=1!У З 1 (()=З (1) !

е

ьрс с(2,2, 1>,р1 с((м, зэ1, 'д',нг,х, 'д'),

с ° ) ('о * .пс- 1«ад б1ад

:1 Ь 1('Н'>

у) ) 1('Зэ')

3 б и

ПЬ1 о

00=0.2

Оэ-1000)во*(О-

г*(н»нд»нк)."1.52(з*(но»нк)"0.5> »2 (нд ок>"1.51(з*(0040«)"0 5))! (Х,У) †- -х(Н > СХ вЂ” ах 1 О, У - 01 т Сье а 1 е 01=0 ! 0 . 1. Н (У);

02=0(У)!.001:2!

о 1=1«У Рэ1(1)=нэ(1>!

) р» «(2,2,1),рс С(31, !э1,'!',02,Х,' ')

дсехс('00=0.2 В')

од=о

3 =1000(ВО*(ну ° (н(носок>. 1.52(з <00+нк>"0.5)42"(Од»ОХ>-З,ЗУ(з*(но+ос>.0.5>)) (Х,У)=, а (Зэ) »Х — аах п О, У -зпб(ое ок СЬ у 1 01=0 ! О. 1! Н (У> )

02=0(У)!.001«2;

Ро 1=1!У ! 1(1>=0 (1)!

»б!

, ' ьрсос(г,г,)),р1 с (01, !а1, 'к',нг,х, 'к')

дс с('Од.=н В'>

Зп О!О.)!1)

Зэ>=ЗОООУВО (1-00200)."24

П. 2=2*нэ1!

ьр1ос (2,2,2),р1»(00,0. 2, 'о',Од,нэ1, ' ')

с1 ('т пэпсээсо оь с с с ссо')

саЬ.1( пд )

ус Ь ( '.!э' )

П 'б о

81=4' (1-00)НО) "1000! (ВО*НО) !

52=81(2!

ьр1ос(2,2,3>,рс с(00,51,'о',00,82,' ')

дс б

с осе ('О 1 ре в ех нд')

1ед пб('Васе у 1с де=2у', '0 се у 1« д =Уу')

ЗаЬ 1('Од')

ус Ь 1( В'>

Распознанный текст из изображения:

Результаты расчета

1ст,мй

3.3.1. Пшц отовкл к работе

1 с, мй

'э

2.0

0 6 6.5 1.0 1.5 2.0

Ост,В

Р . 34. Вь л р ктерп и рмпимера

0.2 6.4 0.6 6.6 1.6

Ов„ В

3.3. ИЗУЧЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЕВОГО МДП

ТРАНЗИСТОРА

Пелг. Рлдаюыг изучевие принципа действия, построение модели. Расчет характеристик полевого МДП транзистора; измерение характериспгк и определение пар~метров жслериментальпогп образца, сравнение расчетных яаракгерлстюг с экспериментальными, оценка возможных расхождении. рекомендации па усопсршснствоваиию модеви.

Запишите уравнения, устанавливающие связь выходных и передаточных характеристик полевого транзистора с изолированным затворам с ма геометрией и параметрами областей.

В соответствии с номером вашею варлагпа выполните рас ~ет пыьодлы:г н передвижных характеристик транзистора Длиные к расчоту приведены в приложении 1.

яуешгггггг геслле указан ил

В птделызых вариантах параметры заданы так, что транзвстор в пгэрмлэьггом состоянии закрыт за сыт распространения ОПЗ на всю глубину ашала. В этом случае измените параметры, по своеьгу усмотрению. по гак, ~ обы травзлстар был работоспособным.

3 11гэсцэоугтс семейство выходных характеристик для случая, когда иапрзэкенле между стоком н истокам измеинегся в пределах ш О да 10 В При пас|роении характеристик задайте значения напряжения пе мелев трех знагеннй напряжений на затворе, таких чтобы характеристика перекрывали предполагаемый рабочий диапазон.

4 Постройте ках малгно более лалпуго эквввалентнуго схему траазистаре

Обо ша о ге на пей значение ~ ех парамщ ров, которые вам удалое~ определ|пь в

результате расчетв.

5. Внимательна прочитайте задание эксперименталыюи |асти рабопг в

~аголическое рекомендации Поотарайтесь понять значение кпждого пункта.

Иэу'пме слез|у универсального измери~ельиага стенда. Зврисуйте схемы. используя которые, вы соберете универсю~ьный с~вид для измерения ° ыьалных и перелата пэьгх характеристик полсвета гранзи«гора. 11Рн этом ыдаите тип канала ~рапзггстора гггапример, л - твгй и правильно укажите полярность внешних нсточиихав и измерительных ариборав.

Распознанный текст из изображения:

Пените аагкигуказпння

Пункты 1, ", 3 рекомендуется выполнять о помошью математического про!ра«змнпш пакета, например МагЬсай или Маб.аЬ и т,п Осгтавное условие: код,юзжон быть открытым лля того, чтобы можно было проверить правиэыюсп. построенной модели и используемых формул. Поэтому не рекомендуется применение программ, создающих исцоюшемыи модуль 1с испотшзованием языков Пе!рйй С, Ваьс!с и пр.). В качестве примера в прнлолгенин приведены примеры подготовки к данной лабораторной работе с нспоюоованием программы Ма1Ьсаб. Приведенный пример демонстрирует псабепности применепвя математического описания физической мОдели транзистора, проявляющиеоя в там, что не все области кривых гюстроенвых с юьгошью списывающих модель фораул соответствуют реальным физическим процессаь!. Кроме тош, для описания реальных хврактеристик приходится прибегать к экстраполяции результатов рвсчета. Конечна, можно создать более го шее математическое описааие физической модели, однако в этом случае усложнится не тольки вычислительная процедура, но будет потернна и нюяяднссть ьюделн Точность же результапю возрастет незначительно.

В приложении 3 привелены результаты расчеты выполненные с помощью программы МагьаЬ По сравнению с Ма!Ьсад это пршрамм» предоставляет больше атможностей. что позволяет при ее использовании построить харак !срис ~ нки, нь!еюшне вил. приближонныи к регшьным характеристнкюг

3.32. Вксперпментальное измерение статических характеристик полевога МДП транзистора

3.3.2.1. Пштготонка кизмерениям

1 !. Пэна«омьтесь со стенпом и измерительными приборами. Полу~иге образец лля измерений Запишите марку транзистора По сдраночнику усшяовнш тин е!о канала Запишите в журвая прелельнью и рабочие параметры, а шкже рекаыендуемый !тренаж>лигенам рабачии режим транзисторв !если такие рекомендапии имеются).

Мегз воическнеукпзания

При подключении источников питания нх полярносп отвосительно обшей точки !юмлн) устанавлнвайтс в соатветствип с типом канала ~ рапзнс гора. Прн выполнении этого раздела рабаты электрод подложки Расли ан нмеетсл) остается свободным.

Уотлцавите элементы. регулируюшие напряжеаие источников питания в на!аланов положение; устанопитс наиболес грубый предел на измсршеля«тока и напряжения; включите установку н все измерительные ° рнборы. Прпверьте калибровку нуля всех приборов и в случае необходимости провод!не нсоб: одимую коррскдию

! 3. Установите напряжение затвора относительно стока П)У равным ° упю и проверше работоспособность источника питания, измерителя напряжения исток — сток и измерителя тока стока Для этого, изменяя напряжение источника от нуля ло прелельного значения П,„„, рнп не более 1ОВ), проследите, как изменяется ток стока.

34 тодичесииеукозання

Воли измеряшся исправный МДП транзистор ° индуцироваиным каналом, то транзистор при напряжевин затвора равном нулю должен быль заперт и егп ток стока лолжен быть мал (обратный ток рл.перехода).

1.4. Задайте !),= П, „„, и увеличивайте напряжение ва затворе !I,да тех пор пока !ранзистор ие откроется и ие начнет возрастать так стока у),.), юфиксируйтс соответствующее этпму моменту пороговое яацрижение затвора

!), = и...„

дуетоди мел еуказяиил

Отсутствие возрастания тока при увеличении напряжения на затворе свидетельствует либо о неправильно включении зраазистора, либо о его неисправности.

1.5. Задав П,Э П„„мувеличивайте напряжение на стоке от О до !),,„„, но нс более !ОВ, прн эзам следите за нзьгенениями така стока ), На начальном участке характеристики 4кр>твя область1 юк стока 1, изменяется пропорционааьао напряжению !)„, зашм он должен оставаться практически лоизменным !полагая), Установив напряжение !г„ соотвотству!ошее поэагой блаотн, >вези нше напрюкенне на затворе до тех пор, пока ток стока не ,юстигнст макснмалыюго значения. но не более 1Омд. Зафиксируйте это зна гение П„„„„ и. испсльзу» его. рассчитайте равнаатстолшие значения напряжения на затворе, которые следует задать для того, чтобы снять не ьгевее пяти аыходаых хара«теристик тратвистора.

Папример, зго могут быть. Ь:,, = !)„,чМграшнс!ор запер!! Пш'Г,!Д,„„,.

3.3.2.2. Измерения

1. Выполните изьгерепие зависимостей така стока от напряжения истокшок прн рашичньж шачснинх напряженая затвора Прн н.шеро«плах вы должны ис~юльзовгзт! не мелев пяш разла*шых значений напрллгснпя ты вора !например. вы можстс нсполы|оввть Сг!, Па, Пн. 1,'н, П„, опрелслсшзые ршее сч и ! 5). Постройгс ныхолпые волю-аьшерные характер>!отикп !рашпстора.

Ч и од чекане гя

Рскгмепдус!ся построение графиков ныпошя~ь одноврем шю с ~! жзерспне«з По аергнкюьпой оси оп ледыввется ток стока, по орнтошаэьпои ыпряженно исток — сток. Всс построение вьшолпьш харакгерншик шл кпо )тззчссггггься в облвспг. ограничспвои определенны«зн в п 1 4 по осн гоков

Распознанный текст из изображения:

зпачениями от О ло (, ы и по оси напряжений значениями от О до Ег„, и построение передаточных характеристик в области ограниченной значениями по оси токов значениями от О до !. и по оси напряжений значениями от О до

и, э.,..

2.2 Задав нанряжевие исток — сток, соответствующее пологой области характеристик и поддерживая его постоянными, снимите зависимость така сгока от напряжения затвора(передаточную характеристику).

2 3 Выполните измерения ВАХ при напряжении на затворе, соответствующем положительному и отрицательному смещению подложки.

2 4 Выполните намерения характеристик транзистора (и. 3.2.! — 3.2.3) при указанных преподавателем температурах выше и ниже комнатной.

Мешсдм ч ес к ие уитон нл

Выполнение и 2 3 и п. 2.4 не является обязательньпя.

3.3.2.3. Обработка экспериментальных результатов

3 ! Используя выходную характеристику транзистора снятую при Ег,

(п. ! 5) рассчизайтс сопротивление открытого канала йс, (см. Рис 29).

3 2. Используя измерения передаточной характеристики (пш. 2 2), постро1пе заанснмость крутизны перелаточвой характеристики от напряжения на .!а творе.

Мел одичесянеуюыания

Для расчета крутизны используйте соотношение В = А(,гб(гс Построение

выполнить дв» всех измеренных передаточных характеристик.

3.3. По графику, построенному в п. 3.2, определите значение Ег

Зкстраполируйте график прямой линией и по ней определите другие значения

'К)гггб)!

Ь = —, входящее в формулу (39). Объясните возможыые отклонения

22

щспериментальных результатов от прямой линии.

Метлдическигуяязаннл

Длн определения значени» порогового значения напряжения МДП транзистора (А и удедьной крутизны Ь необходимо эиспернментальна измеренную передаточную (,(П ) перестроить в других осях, откладывая по оси ординат не („а (),) ' . Если в новых осях ВАХ на большом участке линейне, то

!2

ее продолжение до пересечения с Осью абсцисс позволяет найти пороговое напряжение, внаклон †удельн крутизну Ь.

З,Злй Пример результатов расчета с помощью программы ЬОАТНСАВ

статических характеристик полевого МДП транзистора

1

ы ыол юм (м 72( т )

=О4.1074 (Ыс!2( т )

(гас)

гз.=! 1Ш вЂ” Т ° 21 1О Ес = 1Л97

( э

ю = (эг!),/м ° м =1аг юны"

° =2804 1О

Н =1щг«1ан

н

ю'

ы„ыс.—.— ы9=104.102 9 =1041 10

рс

Оь = О! ! — О!=095! !'99 !

л =1ООО

19 =400

Расчетнвл часть

ш =г 1он ь =гос 1. =ю О =ог

=ЗЗЗ 1О"

З=с 1. 1О =9

4 Ю"

С=7905 нГ

юсь

ы=сг4з 1с '

и д р боте'нзгченнестат сеян ер ыернстнясолеещомдптранзнст ря

Обсэ с еюя т-юмпература, К; ц-заряд элеат(юна, Кл; К-пштояиная Бсльцмана, Д 1К,

Ш-т ллс ойп твниэдВ, Ы,мб-кснцевтрапизл ру щ йдолор сй кц игорной

р с, ', Ы, Ы - эфф к з ю с ояний э оне сроводим стн и

Г Оя Н, '; Еб- РЛ ЗПРЕЩСлисйЗОЛЫ.ЭВ; с .1с -ПОДЗВжиОСтЬЛЫРСКН

эфф «ти в м; Ы - с бс «онцсн раци, м'.,- диэгкктричсскэ

9 а ц л эз рик (б(0), - элсприч «л тояиная Фгсм, рс- ул э ю

напряжение В

Ггр! 4 Н» р ч нс и р м р ас б д и д дав ш эылолиснн

ра о дани . Приннмются, з вор юш азс из лсзикремиия рю р б

выхода между материалам затсора и «рис сыма рав1ы нулю

Парамщры транзистора д - т лщина пслзатаорнсго диэл «трика, м« . Ь - щврииа кз та

мкм; Е - двина н а, м, 1В - «нгахтн р эностыюс нциалов, В, Оа - р*

поа ркло ны сеато ви,Клг м,

Материал Ш. Канал р типа

Данные а материале областей ВВ

ч:.1Осг ш ' э =1,ззо ш ' т ..зоо ш = — н!.ошэ

2 т

Ы =1О' НО =1Оы Ю =ЫО гр = ° М ы017 ЫС =04

Распознанный текст из изображения:

55

Оз-)Оа (е )За

иг —. шп

— °вЂ”

О (чг)

( ° )

= и

Ч»)с)-Пм) (, ((ч-О)

=( ( ° ( ш (еио) = с а( )О ) г мп) — югы)'и з(еп) = — п(е(а'

г

3.3.4. Пример результатоа расчета с помощью программы МАТУ АВ

статических характеристик полеаого МДП транзистор»

М- Срака (лрограмме расчел е)

МО ();

пб.сг.» РО ".

1(Г«СПЕС.ЗУ, И -1 О О С 1СЕ 1 бс ПЕГЕ

О 1 ° Ь пгпчг паз.

Ь Г'З ЬУ С О)ГЕЬ ОГ СГЕ(*11СЕГЕС ОП - Р 1 Ь'

ГСС вЂ” Ь С РОСЕПС Ег, О) ИЕ, Иб — бОР ПО

и,и — 11сс1сугесс1.1(опбссьабб

( ь 1 Ьгпб, сс-3(

',по — ь .б-Озр епе Оу, еу( гп, ар — 1 с . ь ь 1 и ь11 су,

, гу (у*и)(

)И., РР— ЫЗ Г'ЬУ С ПС ПС С , -3( И , ИР - ГЕ1ЕС( . Чгсо С

1 О (всог)(

,и С 5 С (' 11 1 СЬ" " 1 П1 ( б Р , Г . Е и З У 1 Г Сь

С..СГ 15 *. Псб Г. Ь« РГ б б ссои Р 1У. И 1 1 11О Е

и 1 . 1 ОЫ - С г' 1 пб гу*С*1

5.5 р -с(ре сп е1,

(,Осе†Уг С=).эее-ЗЭ; т=эсаг

(1'1! )Ч

и,— (ч)О( Лб-.1Г15(

'.).ЗО Лг'(()г("(1)ЗОО)"(313)

)М-1 2.Э

.'("2)и

Распознанный текст из изображения:

на=из"гхррс

. =)оооз р=(аа;

Ор-. р*пхз

ох=ос*1 0(ррхрр)

ЗС*1 1 11

из=2 157 Ь=2007 1=157 5=.17

».=о*а*ге-х

С= р ер 07(а*)е-4)

1 = р.с*ьхь

иа--1 177

О=а: . О). 3;

ОС вЂ -ОС'100(нахп))40»70

1 =1 -27

ПО=3.5

1=1000*1 *((ОО-ОС ).'О-п."272);

(Х,Х)= (1) ЗХ вЂ” * 1 аз. Х вЂ” ае г СЬзз и *н з1

аз=о:.о1;О(т); зп(х) з 1 с О сь с х репа сь сьа г

ог=п(2):.0).зз

с=ззх 11(х)=-1(х)7

б,

ЬР1 С(2,2,1),р1 С(О1,11,'. ',О2,Х,'. '),

71»Ь 1( 1(а)

ь 15 0

00=4

1=1000'1 *((ОО-ОС ).*О-п."2(2)7

(Х,х)= . (1) ЗХ вЂ” 01 аз, Х вЂ” Оа 3 СЬ ах1 аз е

О2 —.О (Х) .. 01: 3 7

Х вЂ” 1: У 11(С) =1() ) '

Ьрз С(г,г,з),р1 С(01,11. '.Ь,П2,Х, .Ь'),

С С(2,7, ПО=( 0')

Оп=4 5

1=1000*1 '((Оа-Ос ).'О-О."272)7

(х 7)= (1) зх - х г аз, 7 - а ас сь з 1

01=0:,01:а(7)7 зо(х) 1 е г О сьас азр Оз сь сь

Ог.а(7):.01:37

( с 1-1.7 )1(Х)=1(Х) )

Ьрз С(2,2,1),01 С(П1,11,'.0',Ог,Х,'.О'),

С. С (2,14. 'ОП=4.5 0')

Оп-.о..а) ° 10;

00-Ос„ 007

57 1р 1 0=172*(00)."2 )'3-172.*ПО з,) Р)ОС (2,2,2), Р171((33, 1Р 1 О, '.И')

1аЬ 1('Оа') 7)Ь (1Р)0) ьрз с а, г, 3), р)ас (Оа.з..' . х') 51 ('0 51 р 5 с пз Паса ч сс 0 ОО') 71 Ь 1( 5 ) 1 с, ии 72 ЗО

О О.х З.В 1.5 2.» 2.5 Ос,В

Рис 36 Вых (лзи е* ран ери тини (рзнзиезерв аи ) ИО ~ 2» ) О(

г О О О .70 50 О»

Ри .37, Верпип ее хара рпсз а,трз 3 а ра(п лета еб з и,)

Распознанный текст из изображения:

за

З,мй/В

71

8«

8 18 12 йвй

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Контрольные яопросы

Р ЗЗ,Завнеямою .руп нь гравз р ат ащяж ва а вере

!лая я область)

Примечание

Расчет выподпан студенмсай Еленой Микеринои с помашью программы

Ма1!,аЬ 6.0

Нарисуше «груксуру вьиодссых и перс шзачныь вольгамперных хараюеристик для траизи гора, абозсючение которого приведено на среды моннам рисунке

2 Нарсссуите ссруюуру выходных и передаточных вольт.ачперных хара«терлсзик дл» транзистора, обозначение которого привед пп ю предсгавяенноМ рисуаке.

3 Как изиевится крутизна МДП транзистора а нндуцировашсым каныаы, если

ллина канала у выичи'шя7

4. Как изменится пороговое аапряжение МДЛ зраазнстора с индуцированным

каналом. сели возросла концеспрапия поверхнаспсых остаяиии в падзагвариай

аблаши'1

5 Как изыенится крутизна МДП транзистора, е«а озраатет ширина каиалау

6 Какан должна быть полярноать напряжена ва затворе и иа сшке

юсиюльно патока лля МДП транзистора с индуцираванны р-ааналома

7 Кюа й,со«жив быть полярность нмсряскения см затвора а са стоке и оаисспо потакаю!я мЛ!1транзи сора с кадуцированныы я кыгвломт

8. Кзь пзмаиюся круп«вы МДП зранзиюора. если уха ссссоп. т . шипу попагворносо,сиш ктрпкат

9 Обы лите. песочу правияыю выигченном МДП зрюпистарс па юрс лряблялссшы к стоку голшипв кваша умсньшаезся

10 Об«испи«с. ю су измснеииа пагенциеса пашс жки оказывасс ею ше а вод волы-амлсрньс» харакгсрнегисс МДП транзистора

11 Чем тю аюгся характериашки М701 трав«и ара «пнд цароваипым каныам от«арак рисспк гранзнссора аа вотроеииыч каиалочт

1 Пасынков В.Ва Чиркни Л.К. Полупрсводниковые приборы — Санкт-

Пстербург. Лань, 2002.

2. Тугое Н.М., Глебов В.Ан Чврыков Н.А. Полупроводниковые приборы.—

М: Энсргаатомизадат, 1990. С. 298 в 320,

3. Зн С.Физика полупроводниковых приборов. — М:Мир, 1984.Т.2. С 5 — 90

4. Плие А.И., Сливина Н.А. МасЬсаб. математический практикум. — М:

Финансы и статистика, 1999. С 655.

5 Дьяканпв В. МА'П.АВ 6. Учебный курс СПб: Изд. — '*Питер'*, 2001. С 592