Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 66

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 66)

Именно этот слой играет роль иидуцированного канала (рис. 5-24, б). Принято считать 1100, 101), что пороговое напряжение соответствует поверхностному потенциалу гр,„= 2«рл, где грл есть «расстояние» между уровнем Ферми и уровнем электростатического потенциала в г л у б и н е полупроводника (на рис. 5-24 в этой области принято грв =- О).

Дальнейший росх напряжения (l, слабо влияет на величину еэ„ поскольку изменения последней всего на несколько грг уже вызйвают изменения концентрации дырок в десятки раз (см. (1-17б), где ~рв следует заменить на гр,). Наряду с образованием дырочного канала под затвором образуется также обедненный слой, в котором положительный заряд обусловлен обнаженными ионами доноров (рис. 5-24, б). Образование обедненного слоя вызвано отталкиванием основных носителей подложки — электронов — от поверхности.

Инверсионный слой значительно тоньше обедненного. Толщина последнего составляет сотни ангстрем и более, а толщина индуцированного канала — всего !Π— 20 ангстрем. Рассмотрим динамику образования канала и прохождения юка в нем. Если в начальном состоянии все электроды МДП транзистора находилясь при нулевом погенциале, а затем па затвор была подана ступенька напряжения П ) «Га, то в первый момент поле будет иметь примерно такую конфигурацию, как показано на рис. 5-25, о.

Под действием этого поля электроны перемещаются в сторону от поверхности обнажая ноны доноров и образуя обедненный слой, а дырки движутся к поверхности, накапливаются вблизи границы с диэлектриком и образуют канал з. Равновесие наступает тогда, когда поле, обусловленное дыр- х В МОП транзисторах с и-каналом наличие равновесного обогащенного электронами слоя равносильно наличию в с т р о е н н о г о канала. Для того чтобы получить прибор с и н д у ц н р он з н н ы м и-каналом. нужно использовать подложку из весьма низкоомного р-кремния, в котором концентрация дырок превышает концентрацию электронов в приооверхностном обогащенном слое. Однако низкоомный материал ухудшает параметры траиаистора (растут емкости, падает пробивное навряжение). э Из рис.

5-25, о следует, что дырки шктупают в канал не только из подложки, но также из полуметаллических р"-слоев истока и стока. Именно эти слои и являются г л а в н ы м и «поставщиками» дырок, поскольку напряженносп, «тянущего» поля вблизи них максимальна, а концентрапня дырок в них практически неограниченна, тогда как в подложке и-типа дырок мало и они генерируются сравнительно медленно (с постоянной времени 'г). камы ни и и ионами доноров, компенсирует исходное поле в подложке, а также на границах ист цах истока и стока.

Можно считать, что описанный переходный процесс саогтствует заряду емкости затвора. В установившемся состояаин основная часть подло к одложки нейтральна, а поле ограничено узким участком под затвором: силовые лцинн начинаются на дырках и ионах доноров (а также на ионах в диэлектрике) Рис. 5-25. Распределение пола в МДП транзисторе а отсутствие напряжения иа стоке. а — в первый момент; б — в уствновнвшеыся состоянии. и кончаются иа электроде затвора (на рис. 5-25, б для простоты все силовые линии показаны начинающимися на границе полупроводник — диэлектрик). Поле в диэлектрике однородное, поскольку потенциал всей поверхности полупроводника одинаков и Равен фв феш.

Если теперь, после образования канала, подать сгу~енчатое напряжение отрицательной полярности между стоком н истоком (считая, что последний по- — — + Хс р с + (Т бl Рис. 5-26. Распределение пола в МДП травзисгоре при подаче напряжения на сток.

о — в первый момент (иокнввиы линии поля, обусловленные только непрямеиием ГТ Х с' б — в устнновнвшемся состоянии. прежнему соединен с подложкой), то в первый моьгент появляется д о п о л н ит е л ь н о е поле, конфигурация которого показана на рис. 5-25, а. Евабодные "сеятели начнут двигаться в этом поле, дырин — в сторону стока, электроны— в противоположном направлении. Перемещение электронов в подложке сопровождается обнажением дои ол н и тел ь н ы х ионов доноров (т.

е. расширением обьшяного заряда вокруг стока) и соответствующим нарастанием апротнвополяв, обусловленного этими ионами. Данный процесс (процесс заряда барьерной емкости стока) закончится тогда, когда результирующее поле в подножке снова сделается равным нулю, а силовые линни стока будут замыкаться уже не на злект)юд подложки, а на слой дополнительного заряда покорных ионов (на рнс. 5-20, а зтот слой показан точками, см. также рис.

5-26, б). Что насается дырок, то нх «отсос» яз канала приводит к изменению удельного заряда поверхности (имеется в вцау заряд на единицу площади затвора). Согласно теореме Гаусса удельный заряд поверхности однсиначно свяаан с напряженностью поля в ли»лен«рике« ()« = е з Е. Следовательно, поле в диэлектрике становится н е о д н о р о д н ы и. его напряженность убывает от истока к стоку, Такой вывод вполне естествен н основан на том простом факте, что потенциал поверхности под затвором меняется от ф«(на границе истока) ло (4+ф«„ (на границе стока).

Если «сложить» поля, показанные на рис. 5-26, а н 5-25, б то результирующее поле в установившемся состоянии (по окончании заряда барьерной емкости Рис. 5-27. Распределение поля в диэлектрике 5(г(П транзистора. и — нв границе н«смщения; а — в режиме наснщ«аиа. стока) будет иметь примерно такую конфигурапвю, как понааано на рнс. 5-26, б. Как видим, псле в диэлектрике действительно неоднородное, а в самом канале появилась т а н г е н ц и а л ь н а я сосщвляюшая поли, которая обеспечивает движение дырон (ток), а также их пополнение из рьслои истока Ч При некаторогл критическом потенциале стока, который называется напряжениелг набьш(ения (г, „, поле в диэлектрике и удельный заряд в полупроводнике в б л и з и с т о к а делаклся равными нулю (рис. 5-27, а).

Это значит, чго на границе стока абразуется «горловина» дырочного канала или, иными словами, в этом месте обедненный слой доноров «выходит на поверхность». При значениях (l, > У,„обедненный слой на поверхности расгпн- г Заметим, что силовые линни между истоком и стоком отсутствуют и, следовательно, движение дырок происходит не лоб дел«лжи«и поля исток — слнж, а лод действием поля исток — зпщ»пр. Иначе говоря, дырочный канал нельзя уподобить проволяшей пластинке, расположенной между истоком и стоком. Роль потенциала «Г«состоит в том, что он, во-первых, увеличивает напряженность поля в обедненном слое, окружающем сток (зто вызывает «от«ос» дьчюк, распо.

ложенных в этом слое близ поверхности, и тем самым инициирует движение лырок), а во-вторых, придает полю между истоком н затвором такую конфнгурацюо. прн которой имеется тангенцнальная составляющая, необходимая для движения дырок (в частности, для их «вытщиванин» иэ истока). ряется пропорционально )/З, — К „, как в обычном р-п переходе, и,горловина» канала, с о х р а н я ю щ а я потенциал (), „, оответственно сдвигается в сторону от стока. Вследствие этого происходит некоторое укорочение канала (рис.

5-27, б). Аналогичное явление отмечалось при анализе унитронов (см. рис. 5-15). Семейство выходных характеристик ИДП транзистора показано на рис. 5-28, а. С увеличением напряжения на стоке (при постоянном потенциале У,) ток 1, сначала нарастает почти линейно (пока дырочный канал вблизп стока слабо деформирован), затем нарастание тока замедляется (поскольку канал вблизи стока су- Гс.ая о Ч..гс а) ~д х) Рис.

5-2З. Стачнческие выходные (а) и передаточные (б) характе- ристики МххП транзистора. жается и его согротпвление растет) и, наконец, получается участок насыщения, где ток остается почти постоянным (небольшой рост тока обусловлен уменьшением длины казала, см. выше). Если увеличить напряжение У„то канал обогатится дырками, его исходное сопротивление уменьшится и соответствующая кривая 1, (с),) пройдет выше. Насыщение тока в этом случае наступит позднее, так как исходный удельный заряд дырок стал больше и, чтобы свести его к нулю, требуется болынее напряжение (х, „. В целом семейство выходных вольт-амперных характеристик МДП транзистора напоминает семейство выходных характеристик уинтрона (см.

рис. 5-16, а). Главное отличие состоит в том, что с ростом параметра О, у МДП транзистора ток увеличивается (режим обогащения), а у уиитронов уменьшается (режим обеднения). Кроме того, на семействе МДП транзистора отсутствует кривая с параметром У, = О, поскольку канал ицдуцируегся только при условии (дв > ~4. При значениях У, < О, в цепи стока протекает очень небольшой остаточный ток — ток обратно смещенного стокового перехода. Что касается передаточных характеристик!, ((),), то онн у МДП транзистора имеют такой же вид, как у унитрона, но сдвинуты относительно нуля координат на величину порогового напряжения (Рнс. 5-28, б), Рис. 5-29.

Характеристики

Список файлов книги