Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 31
Текст из файла (страница 31)
ик осхемы, изготов- У пе вые работоспособные аналоговые микр ленные по биполярно-полевой технологии, н р р о созданы на основе только биполярных приборов. дили те, что создан Н б лее широкое распространение к настоящ у р ем в емени полуаи ол осхемы с биполярными и полевь у р.
~ми с п авляющим чили микросхемь и мог 'т быть изготовлены на пе еходом транзисторами, так как они могут прх, б освоенных технологических вариан- основ р е хо ошо от а отанных и , ьной технологии. Естественно, тов. например планарно-эпитаксиальной т что иео х, б отимость оптимизации физико-тополо гических моделей как ол, ля фо ми- биполя ного, так и пол олевого транзисторов, пригодных д ф р р п лле с нетью получения необходимь гх осхем, п инолит или к некотох о ном кписталл электрофизических параметров микросхем, прин рому усл . ожнению технологии или к снижен ию выхода годных.
4.2. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С УПРАВЛЯЮЩИМ р-л ПЕРЕХОДОМ ь на основе одних только полевых Интегральные микросхемы на . $ 1.2, ис. 1.13) п авляющим р-п переходом (см. ~ ., рис. посте нее десятилетие такие в настоящее время не выпускаются. В последнее о ним из основных элементов полупроводниковых ранзисторь стали одни ы 'т, ' и микросхем, использующихся в сочетании с иполя то ами в одном кристалле, а с На ис.
4.1 показана конструкция полевого транзистора управляющим р-п переходом (ПТУП) На рис. 4.1 показана и каналом р-типа, совместимая с технологией изготовления микросхем на биполя ных траизиср торах гт ~ -р-и-типа. 133 и) Рис. 4.1. Етр> ктура полевого транзистора с управ- ляющим р-и переходом, совместимая с изготовле- нием микросхемы на биполярных транзисторах по плаиарио-эпитаксиальной технологии оыть отрицательным, а напряжение на стоке относительно истока— положительным.
В дискретных ПТУП подложка, как правило, технологически соединяется с верхним низкоомным затвором, а в интегральных полупроводниковых схемах — с точкой, имеющей наименьший потенциал, поскольку является общей частью и для остальной схелты. Для полевого транзистора с управляюгцим р-и переходом и каналом р-типа знаки напряжений на внешних электродах необходимо заменить на противоположные, а подложку соединить с точкой с наибольшим потенциалом. Наличие разнополярных напряжений — существенный недостаток схем, выполненных с применением ПТУП. д) !е репе а Токае! )сеае7 4 Гс пасе 0 Ос Рис.
4.2. Структура (и . г) и выходные характеристики (д) полевого транзистора с упранляющим р-и переходом и каналом я-типа: 7 — крутая лкж а я обл е о; 2 в трап«па перекр т я канала, 3 в пологая область еаеяще я . Š— облаете пробоя йдсдненнегд слой На рис. 4.2, а показана структура полевого транзистора с управляю7цим р-и верех()етом и каналом п-типа, совместимая с и+-р-пбиполярной технологией. Области канала и-типа и высоколегированные области п и рт, являю!пиеса электродами полевого трап- + зистора, получены диффузней примесей. Участок управляемой проводимости или канал, находя7цийся между истоком и стоком, располагается под областью затвора.
Подложку рассматривают как са- ' мостоятельныйй электрод. В структуре ПТУП и каналом п-типа можно указать следующие переходы: затвор — исток ЗИ, затвор — сток ЗС, подложка исток ПИ, подложка-.сток ПС. Все эти переходы при работе полевого транзистора должны быть смещены в обратном направлении, отку-, да следует, что напряжение на затворе относительно истока должно 134 !1ринцип действия полевого тракзистора с управляющим р-и переходом и каналом и-типа поягняет риг. 4.2, б..
г. Поскольку потенциалы на электродах транзистора изиеряются относительно истока, будем очи~ать его заземленным. При пулевых иацрялеениях на затворе и стоке ток ~срез канал не проходи~. Толщины обедненных слоев (областей пространственных зарядов) н этом случае минимальны и определяются контактной разностью потенциалов между р- и и-областями. Если на затвор транзистора подается отрицательное напряжение, то обедненныгт глой проникает в глубь канала, сужая сечение той его части, в которой яаходятся свободные (подвижные) носители заряда. И хотя физичесние размеры структуры остаются иеизменнычи, сечеяие проводящей части канала регулируется напряжением, прило,кенным к затвору. Таким образоч.
изменяя уровень отрицательного напряжения на затворе, можно управлять проводимостью канала между его истоком н стоком. Максимальная проводимость достигаегсн при напряжении Ггзи=о, так как в этом случае сечение проводящей части канала максимально. При некотором значении напряжения на затворе обедненный слой проникает на нсю толщу канала, полностью перекрывая его, что приводит к падению прово. димости до нуля Напряжение Ггзн, при котором наступает этот эффект, называется напряжением отсечки и обозначается (7.„. Проводимость канала остается равной нулю, если )(гаге!))Гг.„!.
Г!оскольку ныражеиие «полностью перекрытый канал» ие содержит в себе количественного критерия, Г).„условие определяется как напряжение на затворе (при заданном напряжении Г)си, при котором ток стока имеет определенное значение — обычно 1 или 10 мкд). Г1ри приложении положительного напряжения к стоку и при Ггзц=о по каналу потечет ток, обусловленный основными носителями заряла (в лаииом случае электронами).
Ток стока Гс сначала растет пропорционально росту напряжения Г)си. На выходных характеристиках (рис 4.2, д) этому случаю соответствует «линейная» область. Когда напряжение Ггсн по величине сравнимо или больше Ге„, выходные ха актеристики становятся нелинейными. Это обьясняется тем, что (!си увеличивает р разности потенциалов межлу каналом и затвором, что н свою очередь увеличивает толщины обедненных слоев. Толщина обедненных слоев максимальна у стока и минимальна у истока Прн некотором напряжении на стоке обедненные слои смы- ' каются вблизи него и в результате наступает момент, называемый перекрытием канала (рис.
4.2, а). Дальнейшее увеличение напряжения Г) н не приводит к росту 135 тока !с, а лишь увеличивает напряженность поля в обедненном слое. При этом точка смыкания обедненных слоев смещается в сторону истока, В узкой проводящей области вблизи стока плотность тока н электрическое поле велики; явления переноса носителей подобны инжекции носителей эмиттером биполярного транзистора в обедненную область обратиосмещенного качлекторного перехода. Поскольку перекрытие канала при некоторам С(си приводи~ не к отсечке тока, а только лишь к отсечке его приращений, удобнее это напряжение иазынать напряжением насыщения ((,«, (при ((ли=о). После наступления насыщения ток 1с не зависит от напряжения ()си, но остается зависимым от напряжения ((зг!.
Прн одновременном приложении напряжений затвора и стока насыщение тока стока наступает при различных напряжениях на стоке: чем больше запирающее напрнжеиие, тем меньше напряжение на стоке, соответствующее насыщению тока !с. На семействе полных выходных характеристик, показанных на рис. 4.2,д, можно выделить три области: (крутую) «линейнуюж (пологую) насыщения и область пробоя, в которой ток (с резко возрастает при небольших уиеличениях напряжения (/си.
При увеличении напряжении ()зи может произойти пробой соответствующего перехода, однако он не выводит из строя транзистор, если при этом мощность рассеяния иа ием ие будет превышат~ максимально допустимую. После возвращения в нормальный рабочий режим транзистор восстаианливает свою работоспособност~. Это свойство полевых транзисторов с управляющим р-и переходом дает им большое преимущество перед транзисторами МЛП-типа, так как у последних возникновение пробоя в цепи затвора приводит к выходу их из строя. При положительном напряжении ()зи ток !с увеличивается незначительно, так как изменение смещения в прямом направлении несущественно влияет на ширину обедненного слоя Выше отмечалось, что если переход смещен в прямом направлении, то для работы транзистора требуется большой ток затвора !з.
При отрица. тельном напряжении ()зи входное сопротивление )7,. составляет величины порядка (0»...(ОЕ Ом. Роль и значение полевых транзисторов с управляющим р-и переходом в полупроводниковых микросхемах, содержащих в одном кристалле и биполярные транзисторы, особенно заметны при создании усилительных каскадов. Сочетание биполярного и полевого транзисторов в различных усилительных каскадах устраняет недостатки, свойственный каскадам, построенным исключительно на биполярных транзисторах. Хорошо известно, что биполярный транзистор обладает высокой крутизной передаточной характеристикой, но низким входным сопротивлением по сравнению с полевым транзистором.
Простая схема (рис. 4.3) усилителя-инвертора, состоягцего из полевого ЧТ! и биполярного )1Т2 транзисторов, позволяет устранить этот недостаток, сохранив положительные качества транзистора )гТ2. Работает данный усилитель следующим образом. Входной управляющий сигнал от источника (/3 отрицательной и положительной полярности, подаваемый на затвор УТ1, вызывает соответствующее (36 и„ и ч) уП Рн . 4 4 ВиполЯРно-полевой Усилитель- ный каскад без насыщения Рис. 4.3. Схема биполярно-полевого усилителя-инвертора изменение тока стока волево! крутизне, и последующее изм транзистора, пропорционально (крутизне].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
