Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Форма обедненного слояи, следовательно, канала для ПТУП и ПТШ подобны. Следовательно, с увеличением IИзl при постоянном напряжении междустоком и истоком (И си =(см. рис.6.4,е и6.5,const)ток стока будет уменьшатьсяв) из-за уменьшения сечения канала.В МДП-транзисторах изменение напряжения Изи при сформированном канале изменяет сечение, а также проводимость канала. Например, в МДПТ с п-каналом при увеличении Изи токстока будет возрастать (см. рис.6.6,е).Перейдем теперь к рассмотрению влияния Иси при Изи~const.Если изменять напряжение на стоке на растущем участкеБАХ, где И си<И си нас• то в этой области ток стока как функцияИ си изменяется почти линейно, при этом стоковые характеристикиIс= f(И си) идут веерообразно для различных значений Изи(см.
рис.6.4,д;6.5,б;6.6,д). Такая «веерообразность» характеристик объясняется тем, что канал представляет собой по-Раздел1881.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫИси=О35В(1В)51----4а)В (О В)3~(-lB):_:-------;;2~В;-;(-2 В)~:::::::::::::::::;::::==::::::::::::==:..__~о 15Иси <Иси нас1д)Иси >И си нас-5и порОИпор5е)г)Рис.6.6лупроводниковое сопротивление, которое, как показано ранее,различно для разных Изи· Рост же тока стока при фиксированном Изи на рассматриваемом участке связан с тем, что к каналу,представляющему полупроводниковое сопротивление, прикла-дывается большее напряжение, т. е. все происходит согласно закону Ома.Однако при приближении напряжения на стоке к И си нас ситуация изменяется.
При И си""И си нас происходит перекрытие канала обедненной областью р-п-перехода, которое называют отсечкой канала. Во всех типах транзисторов это перекрытие осу-Глава6.189Полевые транзисторыществляется со стороны области стока. В этой области обратноенапряжение на электрическом переходе максимально и, следовательно, ширина обедненной области наибольшая. Поскольку расширение перехода происходит в стороны у канала и подложки,то при Иси=Иси нас канал перекрывается.Электрофизические параметры электрических переходов различаются для разных типов ПТ, поэтому и значения напряжения отсечки будут отличаться. В ПТШ и ПТУП отсечка каналапроисходит на границе области затвора и стока (см.
рис.точка1),6.4,в, г,в то время как в МДП-транзисторах перекрытие канала осуществляется за счет расширения обедненной области перехода между стоком и подложкой (см. рис.6.6,в, г). Необходимо отметить, что, в отличие от ПТУП и ПТШ, в МДП-транзисторахсвойствамисформированногоканаламожноуправлятьизменением напряжения на стоке и/или на подложке (см. ВАХна рис.6. 7),т. е. можно сказать, что напряжение на затвореформирует канал с первоначально заданными характеристика-ми, а потом управление проводимостью осуществляется за счетизменения напряжения р-п-перехода сток-подложка.Сказанноерис.6.4,иллюстрируютсоответствующиеб, в, г для ПТШ и на рис.6.6,рисунки:наа, б, в, г для МДП показаны форма канала и структура перехода на границах стока, канала и истока с подложкой для МДП-транзистора при различных значениях Иси и Изи= const.При дальнейшем (послеИ си нас) увеличении абсолютного значения напряжения на стоковом переходе граница области отсечки канала во всех типахтранзисторов будет продвигаться в направлении области истока(см.
рис.6.4,г;6.6,г). Следовательно, между каналом и стокомразмещается все большая величина обедненной области ЛL (см.6.4, г; 6.6, г), что эквивалентно увеличению сопротивления,включенного между каналом и с~оком. Увеличение сопротивлерис.ния этой обедненной области будет примерно пропорциональноувеличению напряжения Иси· В результате при Иси >Иси нас токстока изменяется незначительно и стоковые БАХIс =идут под небольшим углом к оси абсцисс (см. рис.ПТШ,6.5,На рис.б для ПТУП и6.4,ди6.6,6.4,f(И си)д дляд для МДП-транзисторов).6.5, д дано семейство стоковых (выходных) характеристик соответственно для ПТШ и ПТУП.
При увеличении!Изи! проводимость канала падает и характеристики смещаютсявниз; в МДП-транзисторах ситуация обратная: с ростом IИзиl уве-Раздел1901.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫличивается проводимость канала, что ведет к увеличению тока, ихарактеристики смещаются вверх (см. рис.6.6,д, где значениянапряжения в скобках относятся к встроенному каналу).Описанные процессы хорошо отражают свойства ПТ с так называемым длинным каналом.
Канал называется длинным, еслиего продольные размеры(L)существенно больше поперечных.Если же отношение длины канала к его толщине не слишкомвелико, то канал считается коротким.Реальные характеристики Полевых транзисторов с короткимиканалами в области насыщения могут заметно отличаться от характеристик с длинным каналом. Одной из главных причин такого отличия является зависимость дрейфовой скорости и подвижности носителей тока от величины электрического поля.Дрейфовая скорость при больших напряжениях поля насыщается. В кремнии дрейфовая скорость монотонно увеличиваетсяпри возрастании электрического поля.и достигает скорости насыщения (vнас""'10 7 см/с) при напряженностях поля, больших,чем 5 • 104 В/см.
В GaAs и InP зависимость скорости дрейфаот напряженности поля v = f({S) немонотонна. Дрейфовая скорость сначала достигает максимума (vнас""' 2 • 10 7 см/с) при полях{5- (1 ... 2)10 4 В/см и затем уменьшается до - (6 ... 8)106 см/с при{5- (5 ... 6)10 4 В/см, оставаясь далее почти постоянной.Рассмотрим особенность физических процессов и поведениестоковых БАХ в области насыщения для кремниевого короткоканального ПТШ. Описываемые ниже процессы характерны идля других типов полевых транзисторов.
Для объяснения процессов будем пользоваться рис.6.4,б, считаем, что в данномслучае ПТШ имеет короткий канал.При малых напряжениях на стоке канал, как уже отмечалосьранее, подобен резистору. При больших напряжениях темп увеличения дрейфовой скорости электронов с ростом напряженияуменьшается и БАХ канала, т. е.
криваяIc=f(Иси) отклоняется вниз о~ начальной прямой. При еще больших напряженияхИ си""'И си нас дрейфовая скорость носителей достигает скоростинасыщения, что вызывает насыщение тока стока.Обедненнаярис.6.4,областьподзатворомвПТШиПТ"УП(см.г) действует как ело# изолятора, подобно поДзатворному диэлектрику в МДП-транзисторах, что сокращает высокопроводящую область канала, через которую протекает стоковыйГлава6.191Полевые транзисторыток.
Ширина обедненного слоя определяется величиной приложенных напряжений. Потенциал вдоль канала увеличиваетсяот нуля на истоке до И си на стоке. Следовательно, значение локального обратного смещения перехода затвор-канал и локальная ширина обедненного слоя также увеличиваются по мереприближения к стоку (ситуация подобна рис.ченииканала долженвыполнятьсязакон6.4, б). В любом сесохраненияполноготока. Поэтому результирующее уменьшение ширины проводящего канала должно быть скомпенсировано соответствующимувеличением продольного электрического поля и дрейфовойскорости электронов, чтобы величина полного тока оставаласьнеизменной по длине канала. При И си=И си нас напряженностьполя в канале со стороны стока достигает критического значения, а дрейфовая скорость электронов-скорости насыщения,ширина канала становится минимальной, и ток транзистора начинает насыщаться.С увеличением напряжения стока (Иси>Иси нас) обедненнаяобласть расширяется к стоку, а сечение каналачерез координату х 1 (см.
рис.6.4,81'проходящееб), где электроны достигаютскорости насыщения, смещается в сторону истока, т. е.'в противоположном направлении. При этом, в отличие от длинного канала, полного перекрытия короткого канала не происходит. Падение напряжения между истоком и сечением81уменьшается,и, в соответствии с законом сохранения полного тока, увеличивается ток инжекции электронов из электронейтральной частиканала со стороны истока в область, где происходит насыщениедрейфовой скоро'сти.
В результате этого БАХ транзистора научастке насыщения имеет положительный наклон, т. е. происходит возрастание токаIcс увеличением напряжения Иси в области насыщения.По мере удаления от сечения81к стоку потенциал вдоль канала возрастает, размер, занятый обедненной областью, увеличивается, а проводящая область канала сужается. Поскольку вэтой области скорость электронов vдР=vнас= const,т. е. не зависит уже от напряженности электрического поля, то для компенсации этого сужения канала и обеспечения сохранения полноготока концентрация электронов в рассматриваемой области увеличивается и становится больше концентрации доноров, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
