Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Здесь они ускоряются н попадают на затвор. Таким образом, положительное приращение потенциала «Г» может вызвать приращение тока !, в направлении нз затвора. Это означает отрицательное сопротивление затвора, которое в ряде случаев и наблюдается. Важной особенностью уннтронов является нх о б р а т ям о с т гя исток н сток можно поменять местамя, сохранив работоспособность прибора. Однако полная симметрия нормальных н обРатных характеристик не всегда имеет место яз-за конструктивно- технологических различий областей стока н истока. Наличие уннтронов п- н р-тнпов со взаимно обратными рабочими полярностямн открывает, как н в случае биполярных транзисторов, полезные схемотехнические возможности, хотя уннтроны р-типа уступают уннтронам и-тнпа по некоторым электрическим параметРам (см.
сноску ' на с. 284). Унитроны, как и всякий полупроводниковый прибор, подвер. жены влиянию температуры: от нее зависят ток затвора, ток стока и крутизна. Функция 1, (Т) — экспопенциальная (см. $ 2-6), так что при температуре 100 — 125 «С ток 1, может быть в сотни и тысячи раз больше, чем при комнатной температуре. Функции 1, (Т) и Я (Т) обусловлены зависимостями р (Т) н Ь«» (Т). Роль зависимости р (Т) очевидна из выражения (5-28), где р 1»«.
Учитывая (1-32), приходим к выводу, что 1«ы Т'; следовательно, ток 1, и крутизна 5 у м е н ь ш а ю т с я с ростом температуры. Это имеет место практически во всех реальных приборах, Однако следует иметь в виду, что в исходных формулах (5-24) и (5-25) для ширины переходя 1 использовано выражение (2-12) вместо более точного (2-11), в которое входит равновесная высота барьера й~,. Последняя согласно (2-5) уменьшается с ростом температуры; вместе с нею уменьшается ширина перехода 1, а следовательно, толщина канала а растет.
Такая зависимость, как ясно нз (5-28), «противодействует» зависимости р (Т). Анализ показывает 196, 100), что при малых токах можно обеспечить и о с т о я нс т в о т о к а в д и а п а з о н е т е м п ер а т у р. Условие И,ЫТ = 0 выполняется при следующем соотношении: (7»о — (7» =27«Ф ~0 65 В (5-44) В последние годы к униполярным транзнсторам проявляется повышенный интерес в связи с их малыми собственными шумами и высоким входным сопротивлением. Малый уровень шумов обусловлен, с одной стороны, отсутствием инжекции и связанных с ней флуктуаций (см.
$4-10), а с другой стороны„идеальной «изоляцией» канала от поверхности полупроводника благодаря наличию слоя пространственного заряда р-и перехода затвора. В результате собственные шумы унитронов даже на низких частотах носят в основном тепловой характер, т. е. близки к шумам в весьма малом сопротивлении канала й„. В этом отношении унитроны пока не имеют конкурентов среди полупроводниковых приборов. Например, на частоте 10 Гц напряжение шумов в полосе 1 Гц может составлять всего !О нВ при крутизне 4,5 мА/В. Что касается входного сопротивления, то в кремниевых унитронах, где обратное сопротивление р-и перехода определяется током термогенерации, оно достигает при комнатной температуре 10'»вЂ” 10" Ом, т.
е. превышает входное сопротивление обычных электронных ламп. Подробное описание и анализ унитронов можно найти в работах 197, 100). Эквивалентная схема. Аналогия между полевыми транзисторами н электронными лампами объясняет сходство их эквивалентных схем (рис. 5-22). Рис. З-22.
Эквиваленшая схема уииполярво~о волевого транзистора аля переменных составляющих токов н напряжений. 8 (з) (5-45) где тз =т;. Типичными значениЯми тз н гРаничной частоты 1э Явлаютсн соответственно 0,5 — 2 нс и 100 — 300 74Гц. З-Ь. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ Структура н классифиюнция. Спецификой унитронов янляется максимальная проводимость канала при и у л е в о м смешении па затворе. С ростом смещения (по модулю) проводимость канала Строго говоря, канал транзистора н переход затвора нуягпо было бы представить в виде линий ЙС с распределенными параметрами, но это, как всегда, затрудняет последующее использование ~хамы для расчетов.
Поэтому на рнс. 5-22 и канал, и затвор пред- гавлены сосредоточенными параметрами. Канал представлен дифференциальным сопротивлением г, и межэлектродной емкостью С,„, которая определяется геометрией и материалом прибора Затвор представлен сопротивлением г, н емкостью С,.
Сопротивлением г, часто пренебрегают в связи с его большой величиной; поэтому на рис. 5-22 оно показано пунктиром. Емкость затвора заряжается через усредненное сопротивление )т„, которое обусловливает конечную посто- (,1 явную времени г,. Усилительные свой- 1 ства транзистора отражены генератором зпа ! тока 5(7,. 1 гп:-:тт с,„-~ Сопротивления истока н стока ()ти и * )т,) показаны условно, так как их вли- + 1 са Рх ~Р„! яние (см. выше с.
291) автоматически 0д,— "а учитывается при измерении параметров 5, т, н «, со стороны внешних зажимов. Типичными значениями параметров кремниевых уннтронов (в режиме (/,„= 10 В, (7,„= О) являются: Б = 0,3 —: 3 мд/и, т; = 101а Ом, = 0,1 + 1 1т(Ом, (т„= 75 ни 200 Ом, С, = 3 10 пФ, С,„= 0,5 пФ„С„= 0,5 пФ, С,„= 0,3 —: 1 пФ. Фактор шума минимален при сопротивлении источника сигнала 1г, = 5+. 10 й(Ом н может составлять Р < 1 дБ на частоте 100 Гц н менее. Инерционность транзистора отражается не только наличием емкостей, но и тем, что крутизна 8 является комплексной нли операторной величиной, которую приближенно можно выразить следую- щим образом: уменьшается вплоть до полной отсечки. Смещение может иметь только одну полярность, соответствующую отсутствию инжекцни через переход. У полевых транзисторов с изолированным затвором гюследний представляет собой металлический слой, изолированный от полупроводника тонкой диэлектрической пленкой.
Наличие диэлектрика снимает ограничение на полярность смещения: она может быть как положительной, так н отрнцательной, причем в обоих случаях ток затвора отсутствует. Структура таких транзисгоров (металл— диэлектрик — полупроводник), как уже отмечалось, лежит в основе их названия: МДЛ кпранзискпоры. В том весьма распространенном случае, когда диэлектриком является окисел (двуокись кремния), их называют МОЛ транзисторами (по-английски и«мок р склок з(о л«мак ' р скале МОя) Две основные струк- + туры МДП транзисторов р+ р-какал р+ р+ показаны на рис. 5-23.
к — Ъ(лад»юкка) Первая из них (рис. 3-23, а) а) ф) характерна наличием спе- циально осуществленного Рис. 5-28. Структуры МДП трав»и««аро» с (собственного или сстроен«состк«аным (а) и нклуцкро»»иным (О) кана- ного) канала, проводимость л» ми. которого модулируется смещением на затворе. В случае канала р-типа положительный потенциал У, «отталкивает» дырки из канала (реэвии обеднения), а отрицательный — «притягивает» их (режил«обогащения), Соответственно проводимость канала либо уменьшается, либо увеличивается по сравнению с ее значением при нулевом смещении.
Вторая структура (рис. 5-23, б) характерна отсутствием структурно выраженного канала. Поэтому при нулевом смещении на затворе проводимость между истоком и стоком практически отсутствует: исток и сток образуют с подложкой встречно-включенные р-п переходы.
Тем более не может быть существенной проводимости между истоком и стоком при пол аж и тел ь но й полярности смещения, когда к поверхности полупроводника притягиваются дополнительные электроны. Однако при достаточно болыном отрицателыюм смещении, когда приповерхностный слой сильно обогащается притянутыми дырками, между истоком и стоком образуется индуцированный (наведенный полем) канал, по которому может протекать ток.
Значит, транзисторы с нндуцнрованным каналом работают только в режиме обогащения. В настоящее время этот тип транзисторов имеет наибольшее распространение. Физические процессы. У каждой разновидности МДПтранзисторов имеются свои, иногда существенные особенности, в зависимости от типа канала (встроенный или индуцированиый), типа проводимости канала (р или и), а также от типа диэлектрика, полу- Р Р ггнанцл) б) Рнс.
5-24. Распределение носителей и возные диаграммы в МОЫ транзисторе с индуцированным Р- каналом. проводника и металла. Мы подробно проанализируем работу „ремниевого МОП транзистора с индуцированным р-каналом, а относительно других разновидностей ограничимся краткими замечаниями. МОП транзисюры с р-каналом характерны отрицательными полярностями рабочих напряжений, поэтому ниже напряжения и потенциалы записываются в виде модулей, чтобы избежать неоднократного употребления знака минус. Прежде всего отметим, что в, ==-+— и-=о равновесном состоянии, т. е.
в от- -~ -:=- — +-— сутствне приложенных напряже- -=: + ЕЗЯ ний, приповерхностный слой окисленного кремния (как и-, так и р- 1 типа) всегда обогащен э л е к- ! 4 т р о н а м и. Соответственно зоны в этом слое искривлены вниз, а на границе с окислом поверхность (рю ! те — у=а имеет о т р и ц а т е л ь и ы й потенпиал срез (рис.
6-24, а). Причииы обогащения приповерхностного слоя электронами следующие: контактная разность потенциалов +9 9 6= =+2 между металлом затвора и кремнием; поверхностные уровни до- ++:=К Ж~ .3 норного' типа; положительные е + гр 'э 'э- + 1 ! ионы в диэлектрике . Первые ( абебненньш слой! две причины знакомы по з 2-4.
Что й касается положительных ионов, Ун то они, как показывает опыт, появляются в процессе окисления Ре кремния и последующей фотолитографической обработки окисла (с. 267). Наиболее распросгране- нде сменный — снай ны ионы натрия и водорода, причем. как правило, они сосредоточены вблизи границы окисла с кремнием. Разумеется, наличие обогащенного электронами слоя затрудняет образование дырочного кана- о — равновесное состояние: б — нрн ла в расематриваеМОм типе гран- отрицательном смещении оа сотворе.
т Вообще говоря, контактваи разность потенциалов может иметь и положительную полярность; тогда этот фактор противодействует двум другим, т. е. способствует уменьшенйю отрицательного приповерхностного заряда или даже изменению его знака. Однако для наиболее распространенной комбинации сальзминий — кремнийт контактная разность потенциалов отрицательна (независнмо от типа проводимости кремния, см.
табл. 2Л) и, следовательно способствует абагасценню приповерхностного слоя злсктронами. пасторов'. По мере роста отрицательного смещения У, электроны отталкиваются от поверхности. При этом энергетические зоны сначала спрямляются, а затем искривляются вверх, т. е. поверхностный потенциал делается положительным. Однако до тех пор, пока припою рхностиая область сохраняет электронный тнп проводимости (точиее, пока сток и исток образуют с этой областью в ы и р я мл я ю щ и е контакты), проводимость рабочей пепи остается крайне малой и протекание заметного тока по-прежнему невозможно. Существует некоторое пороговое напряжение Уз = (7е, по превышении которого энергетические зоны искривляются настолько силию, что вблизи поверхности образуется инверсионный дырочный слой (см, $ 2-4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
