Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Получается структура, состоящая из слоя металла. диэлектрика и полупроводника, т. е. МДП-структура. Полевой транзистор с изолированным затвором, в котором в качестве изоляционного слоя между металлическим затвором и проводящим каналом использован диэлектрик, называют полевым мз транзистором типа металл — диэлектрик — полупроводник или МДП-транзистором. Выпрямляющне электрические переходы под истоком и стоком могут быть выполнены не только в виде р-л-переходов, но и в виде выпрямляющих переходов Шатки, т.
е. путем нанесения металлических электродов истока и стока непосредственно на подложку. Использование выпрямляющих переходов Шатки под истоком и стоком может обеспечить ряд преимуществ в технологии изготов- у ху,» -ус» 310, $10 Рнс б.з. Структуры полевык транзнсторов с нзолнрованным затвором (с р-каналом): а — с ннкуннровннным каналом, б — со встроенным каналом ления таких транзисторов, а также улучшит их характеристики. Так, переходы Шатки имеют сравнительно малую толщину, что облегчает создание полевых транзисторов с очень коротким проводящим каналом. Формирование переходов Шатки происходит при относительно низкой температуре, а исключение высокотемпературных операций способствует повышению качества диэлектрического слоя, а также минимизации размеров транзисторной структуры. Кроме того, МДП-транзисторы с переходамн Шатки под истоком и стоком могут быть изготовлены на полупроводниках, в которых не удается получить достаточно качественных р-л-переходов.
Пока исходным полупроводником для полевых транзисторов с изолированным затвором в основном является кремний. Поэтому в качестве диэлектрика под затвором используется обычно слой диоксида кремния а~От, выращенный на поверхности кристалла кремния путем высокотемпературного окисления. Полевой транзистор с изолированным затвором, в котором в качестве изоляционного слоя между каждым металлическим затвором и проводящим каналом использован окснд полупроводника, называют полевым транзистором типа металл — оксид— полупроводник или МОП-транзистором. Однако для этих транзисторов чаще используют более общий термин — МДП-транзисторы.
Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным каналом и со встроенным каналом. В МДП-траизисторах с индуцированным каналом (рис. 6.6, а) проводящий канал между сильиолегироваиными областями истока и стока и, следовательно, заметный ток стока появляются только при определенной полярности и при определенном значении наприжеиия иа затворе относительно истока, которое называют лороговым напряжением (()заррр) ° В МДП-транзисторах со встроенным каналом (рис. 6.8, б) у поверхности полупроводника под затвором при нулевом иапряже.
иин на затворе относительно истока существует инверсный слой— канал„который соединяет исток со стоком. Изображенные иа рис. 6.8 структуры полевых транзисторов с изолированным затвором имеют подложку с электропроводностью л-типа. Поэтому сильнолегнроваииые области под истоком и стоком, а также нидуцнроваиный и встроенный канал имеют электропроводность р-типа. Если же аналогичные транзисторы созданы иа подложке с электропроводиостью р-типа, то канал у иих будет иметь электропроводиость л-типа.
МДП-транзисторы с индуцнрованиым каналом Принцип действия. При напряжении иа затворе относительно истока, равном нулю, и при наличии напряжения на стоке ток стока оказывается ничтожно малым. Ои представляет собой обратный ток р-л-перехода между подложкой и сильнолегироваииой областью стока. При отрицательном потенциале иа затноре (для структуры, показанной иа рис.
6.8, а) в результате проникновения электрического поля через диэлектрический слой в полупроводник при малых напряжениях иа затворе (меньших ()зир.р) у поверхности полупроводника под затвором возникают объединенный основными носителями заряда слой и область объемного заряда, состоящая нз иоиизнроваииых иескомпеисироваиных примесиых атомов. При напряжениях иа затворе, больших порогового Кн р, у поверхности полупроводника под затвором возникает инверсный слой, который и является проводящим каналом между истоком и стоком. С изменением напряжения иа затворе изменяется концентрация носителей заряда в проводящем канале, а также толщина или поперечное сечение проводящего канала, т.
е. происходит модуляция сопротивления проводящего канала. Основной причиной модуляции сопротивления проводящего канала в МДП- транзисторах с нндуцироваиным каналом является изменение концентрации носителей заряда в проводящем канале; в полевых транзисторах с управляющим переходом — изменение толщины или поперечного сечения канала. Прн изменении сопротивления проводящего канала изменяется и ток стока (схема включения МДП-транзистора аналогична схеме включения полевого транзистора с управляющим переходом, показанной на рис. 6.!, в, где полярности источников питания зависят от типа электропроводности проводящего канала). Так ЗЫ происходит управление током стока в МДП-транзисторе с иидуциронаииым каналом. В связи с тем что затвор отделен от подложки диэлектрическим слоем, ток в цепи затвора ничтожно мал, мала и мощность, потребляемая от источника сигнала а цепи затвора и необходимая для управления относительно большим током стока.
Таким образом, МДП-транзистор с иидуцнроваииым каналом может производить усиление электрических сигналов по напряжению и по мощности. Принцип усиления мощности в МДП-транзисторах можно рассматривать с точки зрения передачи носителями заряда энергии постоянного электрического поля (энергии источника питания в выходной цепи) переменному электрическому полю.
Этот общий для различных приборов принцип усиления мощности был рассмотрен в $4.2 для объяснения усиления по мощности бнполяр- хг,мд ~зл мрр й) гл лег а) Рис 6.9. Выходные статические характеристики (а) н статические характеристики передачи (б) МЛП-транзистора с индупироаанным каналом 3Ы иых транзисторов. В МДП-транзисторе до возникновения канала почти асе напряжение источника питания в цепи стока падало иа полупроводнике между истоком и стоком, создавая относительно большую постоянную составляющую напряженности электрического поля. Под действием напряжения иа затворе в полупроводинке под затвором возникает канал, по которому от истока к стоку движутся носители заряда - дырки. Дырки, двигаясь по направлению постоянной составляющей электрического поля, разгоняются этим полем, и их энергия увеличивается за счет энергии источника питания в цепи стока. Одновременно с возникновением канала и появлением в ием подвижных носителей заряда уменьшается напряжение иа стоке, т.
е. мгновенное значение переменной составляющей электрического поля в канале направлено противоположно постоянной составляющей. Поэтому дырки тормозятся переменным электрическим полем, отдавая ему часть своей энергии. Рис. 6.10. Расареаелеиие напряжениости электрического полн у поверхности полупроводника под затвором при напряжении иа стоке, превышающем напряжение насыщения Выходные статические характеристики. Характер зависимостей!с =1(Оси) при Узн = сопз( для МДП-транзистора с индуцированным каналом аналогичен характеру таких же зависимостей для полевого транзистора с управляющим переходом (см.
5 6.1). Сублинейность крутых частей характеристик (рис. 6.9,а) объясняется уменьшением толщины канала около стока при увеличении напряжения на стоке и неизменном напряжении на затворе, так как на сток и на затвор подаются потенциалы одного знака относительно истока.
Следовательно, разность потенциалов между стоком и затвором или между затвором и прилегающей к стоку частью канала уменьшается. Другими словами, из-за прохождения по каналу тока стока получается неэквипотенциальность канала по его длине. Поэтому при увеличении тока стока происходит уменьшение поперечного сечения канала около стока. При напряжении насыщения Оси„,, происходит перекрытие канала около стока и дальнейшее увеличение напряжения на стоке вызывает очень малое увеличение тока стока. Распределение напряженности электрического поля у поверхности полупроводника при напряжении на стоке, превышающем напряжение насьпцения, т. е.
для пологой части и 3 г „выходных статических характеристик, зно показано на рнс. 6.10. На расстоянии от сильнолегированной области истока преобладает нормальная составляющая напряженности электрического поля, созданная напряжением на затворе. На этом участке существует инверсный слой у поверхности полупроводника. На расстоянии 1э от сильнолегированной области стока преобладает касательная составляющая электрического поля, созданная напряжением на стоке относительно истока.
Несмотря на то, что иа участке канала протяженностью !х нормальная составляющая напряженности имеет другое направление и отталкивает дырки от поверхности полупроводника, через этот перекрытый участок канала идет ток, связанный с движением дырок под действием сильного тянущего поля (касательной составляющей) .
Сублинейный характер зависимостей !с =-1((/си) вызван также эффектом насыщения дрейфовой скорости носителей заряда или уменьшением их подвижности в сильных полях, как и в полевых транзисторах с управляющим р-л-переходом. При увеличении напряжения на затворе (по абсолютному ма значению) выходные статические характеристики смещаются в область больших токов стока (см. рис. 6.9, а), что легко понять на основе принципа действия МДП-транзистора с индуцированным каналом. При больших напряжениях на стоке может произойти пробой МДП-транзистора, при этом может быть два вида пробоя; пробой р-и-перехода под стоком и пробой диэлектрика под затвором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
