Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 34
Текст из файла (страница 34)
В полупроводнике концентрация избыточных носителей максимальна у поверхности и уменьшается по мере удаления от нее в глубину объема по направлению к выводу подложки.В результате объемный положительный заряд создает в приповерхностной области электрическое поле, направленное навстре-Раздел1821.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫчу внешнему полю, что уменьшает результирующее поле.
Такойрежим работы МДП-структуры называется режимом обогащения,поскольку в приповерхностном слое полупроводника концентрация Дырок Рпов будет больше концентрации атомов акцепторов<Рпов> Na),чем в глубине полупроводника, где р 0женность поля спадает по экспоненте ехр(-x/LD)=Na. Напряпо мере удаления от поверхности (координатах направлена от поверхностив глубь полупроводника).ПараметрLD = [(E0E<pт/qNa)] 1 1 2 называется дебаевской длиной экранирования. Толщина обогащенного слоя порядка LD. Прих > (2 ...
3)LD электрическое поле практически отсутствует из-заэкранировки внешнего поля избыточным зарядом дырок Рпов·При подаче на затвор положительного потенциала в приповерхностном слое р-полупро:водника реализуются режимы обеднения и инверсии (см. рис.скоеполевытесняет6.2,б). В режиме обеднения электричедыркиотповерхностиполупроводникавглубь и их концентрация в этой области уменьшается, но концентрация неосновных носителей (в данном случае электронов)начинает возрастать (рис.6.3,а, б).
Однако концентрация их остается низкой, поэтому у поверхности полупроводника образуб) п, р пловпМ ДЭлектронырИоныххрИнверсныйслойОбеденныйслойха)хРис.6.3·Глава6.183Полевые транзисторыется обедненный основными носителями слойи ппов меньшеNаL 06 ,в котором Рпови существует отрицательный заряд нескомпенсированных акцепторных ионов с приблизительно постояннойобъемной плотностью Л (рис.ского поля(рис.6.3, г).S6.3,в). Напряженность электриче> L 06вне обедненного слоя при хравна нулюИз-за наличия отрицательного объемного заряда возникает поверхностный потенциал <l'пов (рис.6.3,д), который определяется разностью потенциалов между поверхностью на границе> L 06 ,диэлектрик-полупроводник и координатами хгде отсут-ствует электрическое поле.
Толщина обедненного слояL 06может быть .определена на основе решения уравнения Пуассона, врезультате получается выражение, аналогичное формуледля несимметричногор-п-перехода (см.[2],п.(2.11)1.8):(6.1)гдеS- напряженность электрического поля.Тогда поверхностный потенциал равен(6.2)Поверхностные :концентрации дырок и электронов связанысо значением поверхностного потенциала <l'пов и могут быть вычислены согласно следующим выражениям:По формулам(6.3)концентрацию зарядов в приповерхностном слое можно вычислять и для других режимов (обогащенияи инверсии).Режим обеднения существует при ппов< Na,когда поверхностный потенциал <l'пов превышает пороговое значение<l'пор= 2<рт ln (N af n).ПриN а = 1016 см-3и Т=(6.4)300 :КдляSi "'='УпорО'7 В•Величина <l'пор достигается при соответствующем пороговомнапряжении И пор на затворе.
При И 3=нов в приповерхностном слое ппов =И пор концентрация электроN а.Если же И3>Ипор вМДП -структуре реализуется режим инверсии, при котором ппов(см. рис.6.3,> Nаа, б, в), т. е. у поверхности образуется хорошопроводящий инверсный слой с типом проводимости, противо-Раздел184ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ1.положным типу проводимости подложки, который выполняетроль канала (см. рис.6.2,а, б). Под инверсным слоем располагается обедненнаяобласть,рис.6.3 (б,а, б). На рис.6.2,а далее подложка р-типа (см.в, г, д) показаны распределения вуказанных слоях (областях) концентрации свободных носителей р, п, объемного заряда ионов акцепторов ЛностиS и потенциала электрического поля <р.ности электрического поля (см. рис.6.3,= qN а• напряженСкачок напряженг) на границе раздела(х =О) обусловлен различием диэлектрической прони-Si-Si02цаемостиSi и Si0 2 •> О)По мере удаления от поверхности (хнапряженностьэлектрического поля и концентрация электронов уменьшается,как и в режиме обогащения и обеднения, по закону ехр (-х/Lп)·При N а=1016 см- 3 дебаевская длина равна LD = 0,04 мкм.с увеличением /И3 / растет и напряженность электрического поля /Sповlв инверсном слое, в то время как в обедненном слое она практически не изменяется.В реальной МДП-структуре на границеSi-Si02существуетположительный поверхностный заряд с плотностью Qпов• Этотзаряд обусловлен тем, что структура поверхности полупроводника характеризуется большим числом дефектов, примесей иадсорбированных атомов различных веществ, формирующих вприповерхностномслоеэнергетическиеуровни,расположенные в запрещенной зоне.
Эти уровни образуют поверхностныеловушки,которые,захватывая подвижные носители,превращаются в положительные и отрицательные ионы. Поверхностный заряд, образуемый ловушками, непостоянен, так как число заряженных ловушекизменяется в зависимости от напряженности электрического поля у поверхности.В кремнии, покрытомSi02 ,вблизи границы раздела существует тонкий переходной слой, содержащий дефекты типа кислородных вакансий, образующих поверхностный положительный заряд ИОНОВ Si+ (Qпов = 1010 ••• 10 12 см- 2 ), КОТОРЫЙ В рассматриваемой структуре является преобладающим. Его влияние вМДП-транзисторах сказывается наиболее сильно.Поверхностный заряд Qпов создает собственное поле, направленное в ту же сторону, что и поле, обусловленное положительнымнапряжениемназатворе,врезультатеуменьшение порогового напряжения И пор·этого происходитГлава6.Полевые транзисторы1856.З.
Общие принципы управления проводимостьюканала в полевых транзисторах.Статические вольт-амперные характеристикиСтруктурныерис.6.2,а,6.4,схемыаизатвором (см. рис.12 3И4 53основныхтипов6 7С8Изи>ОИси>О3сиSI0 2GaAsLисха)ИзинаХ1 Х2YLLзиПТ изображены6.5, а. В МДП~транзисторе с изолированным6.2, а) канал образуется или за счет подачиб)Изи>ОИсИ> Исинасс3Иси > Исинас3иЛLL'в)сLг)Iс,мА1U 3 и=ОВ11111-0,5В/-1,ОВ/-1,5В/,-2,5В2Иси•Вд)-211-1ое)Рис.6.4Раздел186ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ43и31.с5216па)Iс,мА1012Изи~ О Вн-1нв-2В-4Во8412Изю ВИси•В-8-4-6-2ов)б)Рис.на затвор напряжения И 3>6.5И 3 пор• или же формируется технологически.
Транзистор с затвором на основе контакта металл-полупроводник,наиликонтактаШоттки(ПТШ),показанрис.6.4, а, где приняты следующие обозначения: 1 - подлож2 - область истока, 3 - исток, 4 - затвор, 5 - обедненныйслой, 6 канал, 7 - сток, 8 - область стока. Транзистор с управляющим р-п-переходом (ПТУП) показан на рис. 6.5, а, гдецифры имеют следующие значения: 1 подложка, 2 эпитаксиальный слой, в котором формируется канал, 3 ~областька,истока,4-область затвора,5-область стока,6-канал. Выбранные структуры транзисторов все имеют канал п-типа. Рассматриваемые физические процессы не зависят от типа канала.Во всех ПТ с конкретной структурой проводимостью каналаможно управлять изменением напряжения на затворе, на стокеи на подложке.
Последний случай реализуется обычно в МДПтранзисторах. Мы будем рассматривать схему включения с общим истоком, для которой подложка может быть либо соедине-187Глава б. Полевые транзисторына с истоком, либо подключена к независимому источнику. Далее рассмотрим случай, когда исток и подложка соединены,т. е. находятся под одним и тем же потенциалом.Если на затвор любого типа транзистора подать напряжениеИз• то для каждого значения Из формируется исходная проводимость (исходное сопротивление) канала, определяемая концентрацией свободных носителей в нем и его размерами (структурой).
Эта исходная проводимость при заданных напряженияхна затворе для каждого типа транзистора определяет токи черезканал при изменении потенциалов между стоком и истоком внекоторых пределах И сиИ си нас· Рассмотрим эти процессы бо.;;;лее подробно.Изучим сначала влияние изменения напряжения Изи приИ си =const на работу ПТШи ПТУП. В транзисторах этих типовэлектрический переход должен быть смещен только в обратномIJ:аправлении, поэтому полярность напряжения на затворах дляп-канала является отрицательной, т.
е. Изи< О, а дляр-каналаИзи>О. В МДП-транзисторах (МДПТ) полярность напряженийобратная, т. е. для п-канала Изи> О, а дляр-канала Изи< О. Управлениепроводимостьюосуществляетсязасчетизменениятолщины обедненного слоя (переходов), а следовательно, и поперечного сечения канала. Чем больше напряжение на затворепо абсолютной величине при И сиуже канал (см. рис.6.4,б, в и6.6,= const,тем шире переход иб, в).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
