Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Если увеличивать Иэз от нуля, ток стока будет увеличиваться линейно по закону Ома [Уравнение (9.5)] до тех пор, пока Ъоз меньше напряжения отсечки ка- 1 246 Глава р. Полееьге транзисторы нала (аналогичная ситуация в полевом транзисторе с р-и-переходом при напряжении )'кр~). При увеличении роя выше )'тгр! ток стока будет увеличиваться незначительно. Ток стока при этом слабо зависит от Ргья, и при Угьс > )Ър~ график зависимости тока стока от )г'пл станет горизонтальным. Область выше отсечки называется областью иасььтцеиия. Ток стока при роя = )рр~ и Ъая = О называется током насыщения сток — исток— 1пяя. Рис.
9.19. Структура и-канального обедненного МОПЗЮе транзистора. Обратите вжмание на изолирующий сюй БьОь между затвором и ка- налом Исток Затвор Сток Металлические контакты (Подложка) Когда напряжение на затворе по отношению к истоку Роя будет отрицательным, электрическое поле будет индуцировать в канале положительные заряды. Процесс индукции положительных зарядов в и-канзле через изолирующий слой схематически изображен на рис, 9.11, а. Юь уег а) б) Рис. 9.11.
Отрицательное напряжение тая индуцирует положительные заряды в р-квнале (а). Обеднение канала в результате нндуцирования зарядов вызванных отрицательным рая (б) у.я. я м и Рр и иоп 247)) Так как некоторые электроны рекомбинируют с индуцированными положительными зарядами и теряются, то под оксидным слоем создается область обеднения, как показано на рис. 9.11, б. В результате канал становится уже, его сопротивление возрастает из-за потери подвижных электронов и ток стока падает. При более отрицательном напряжении затвора область обеднения увеличивается и, наконец, все электроны могут виртуально исчезнуть и канал ликвидируется.
В таком случае ток стока падает до нуля. Наименьшее отрицательное напряжение затвор — исток Ъ1=я, при котором в канале полностью отсутствуют подвижные носители, называется пороговым напряженнем Ът 1так же, как напряжение отсечки ЪР у полевого транзистора с р-и-переходом). Канал отсекается по всей длине, когда отрицательное напряжение 1 оя равно или больше, чем Ут. Ток стока будет равен нулю при любых напряжениях Ъпя.
При отрицательных напряжениях Ъбл между нулем и Ът стоковые характеристики, приведенные на рис. 9.12, аналогичны характеристикам и-канального полевого транзистора с р-п-переходом. — Обяас1ь /о мкА 500 В Режим обогащения ав в Режим обеднения в о 2 4 6 8 Рое(В) Рис. 9.12. Стоковые характеристики и-канаяьного МОП-транзистора в режимах обогащения и обеднения Отсутствие р -перехода между затвором и областью канала у МОП-транзисторов допускает приложение положительного напряжения затвор-исток для обедненного и-МОП-транзистора.
Положительное напряжение Ъая создает поле, индуцирующее в канале болыпе подвижных отрицательных зарядов (электронов). Это повышает проводимость канала и увеличивает ток стока. Говорят, что при положительном ров транзистор работает в режиме обогащения. Следовательно, обедненный МОП-транзистор может работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения, и он называется обедненно-обогащенным МОП-транзистором. ( 248 Глава 9. Полевые транзистпоры Стоковая и нередагаочнал характеристики обедненного МОП-транзисшора На рис.
9.12 показано полное семейство стоковых характеристик обедненного и-МОП-транзистора для всех возможных напряжений затвор— исток Ъая. На характеристиках можно выделить три области: 1) омическзя область; 2) область насыщения; 3) область отсечки. Омическал область При работе в омической области напряжение сток — исток мало и недостаточно для отсечки канала. Ток стока линейно зависит от напряжения Ъпя, что может быть выражено как 1п = К[2(Ъая — ЪтЯил — ЪЯ для 0 < Ъпя < (Ъая — Ът) (9.8) Для малых напряжений Ъпя, т.
е. при Ъря « [Ът[, зто выражение можно упростить (9.9) 1п = К[2(Ъпл — Ът) Ъпй, где К= (9.10) Согласно уравнению (9.9) ток стока 1п пропорционален напряжению Ъпл, что подтверждается экспериментально. Область насыщения При работе в области насьпцения Ъпл > (Ъпл — Ът). Ток стока не зависит от Ъпя. Заменив в уравнении (9.9) Ъпя на (Ъпл — Ът) получим соотношение для 1п 1п = К(Ъая — Ът), (9лП) которое представляет передаточную характеристику (рис. 9.13, а) для обедненного и-МОП-транзистора.
Для обедненного р-МОП-транзистора (у которого Ът положительно) передаточная характеристика приведена на рис. 9.13, б) Границей между омической областью и областью насьпцения является геометрическое место точек отсечки, и в пределе может быть получено из условия Ъпя > (1 пя — Ът) Ъпя = (Ъде — Ът) или Ъая = (Ъпл+ Ът) (9.12) Подстановка в уравнение (9.11) дает соотношение 1п = К(Ъпв+ Ът — Ът) 2 Р.з. и * р р рр е иоп 249) вли К1гг (9.13) Уравнение (9.13) — это уравнение параболы, оно определяет геометрическое место точек отсечки. О ег кве а) б) Рис. 9.13. Передаточная характеристика и-канального обедненного МОП-транзистора (а), передаточная характеристика р-канального обедненного МОП-транзистора (б) Область отсечки В области отсечки )Ъч < Рт для обедненного н-МОП-транзистора и РЪл > > гг для обедненного р-МОП-транзистора.
При этих условиях канал полностью обеднен и ток стока уменьшается до нуля, МОП-транзистор выключается. Условное графическое обозначение обедненного пэМОП-транзистора показано на рис. 9.14. Можно отметить, что электрод затвора отделен от остальной части изображенного транзистора. Применяется также и упрощенное обозначение (рис. 9.14, б). Обедненный р-МОП-транзистор изготавливается на и-подложке.
Канал р-типа формируется между сильнолегированными стоком и истоком р-типа, проводимость канала обеспечивается дырками. Становые характеристикиобедненного р-МОП-транзистора аналогичны характеристикам н-канального транзистора с той разницей, что для Режима обеднения требуется положительное $цл, а для режима обога|цення — отрицательное РЪл. Условное графическое обозначение обедненного р-МОП-транзистора показано на рис. 9.15. Так как подвижность электронов в два и более раз больше, чем подвижность дырок, МОП-транзисторы с и-каналом имеют большее быстродействие и удовлетворительно Работают на высоких частотах.
МОП-гпранзистор с обозащенным слоем Отруктура н-канального обогащенного МОП-транзистора представлена на рис. 9.16. Устройство этого прибора аналогично устройству обеднен- ~~~250 Глава з. Полевые транзисторы ного МОП-транзистора за исключением того, что п-канал не имплантируется и не создается легированием. В действительности, в обогащенном МОП-транзисторе между стоком и истоком отсутствует и-канал. Канал создается зарядами, индуцированными полем, наведенным напряжением затвора. б) И б) И Рпс. 9.14. Условное графическое обозначение и-канального МОП-транзистора: а) — л-канальный; б) — упрощенное обозначение и-кенального (употребительное) Рнс.
9.15. Условное графическое обозначение р-канального МОП-транзистора; а) — р-канальный; б) — упрощенное обозначение р-канального (употребительное) Металличе электроды лой 3)0 ующий слой) (Подложка) Рпс. 9.16. Структура л-канального обогащенного МОП-транзнстора На рис. 9.17 изображен обогащенный МОП-транзистор, у которого исток и подложка соединены вместе и заземлены, а напряжение сток- исток Ъ)зя установлено нулевым. Металлический затвор и р-полупроводник вместе с изолирующим оксидным слоем между ними в области канала образуют конденсатор с параллельными обкладками.
Можно представить, что положительное напряжение затвора создает электрическое поле через оксидный слой, которое отталкивает дырки из области канала. Плотность дырок в области канала падает (скажем, на 10 %), по сранне. нию с равновесной плотностью в р-подложке, как показано на рис. 9.18, о и таким образом создается обедненная область. В соответствии с соотношением Ро по = пч плотность злектРонов по Увеличиваетса (это было Поверхность слоя ЗЮ» Рис.
9.1т. В обогащенном МОП-транзнсторе поле, вызванное Ъою выталкивает дырки нз области канала под слоем оксида Плотность носителей (см з) Плотность носителей (см з) 1ом 10м 10'з Х 0 б) а) Рис. 9.18. Образование области обедненнв нз-за слаженна плотности дырок (а), образованне обращенного слов прн Ъав = Ът (б) Инверсионный слой формируется только тогда, когда напряжение Ъпа превышает пороговое напряжение Ътт. Таким образом, наведенные заряды образуют п-канал непосредственно под оксидным слоем (рис. 9.19). Если рассмотрено в гл. 1). Дальнейшее повьппение напряжения затвор — исток .
индуцирует еще больше электронов в области канала. При превышении напряжением Ъоя некоторого значения Ът число электронов становится достаточным, чтобы образовать инверсионный (обращенный) слой непосредственно под оксидным слоем, как показано на рис. 9.18, б. Слой при границе полупроводник-оксид насьпцен электронами, хотя он в области р-полупроводника (подложки). Другими словами, р-слой (изначально богатый дырками) преобразовался, «обратился» в и-слой (теперь богатый злекронами).
Это так называемый <обращенный» или инверсионный слой. ( 252 Глава 9. Полевые таранзисторы Область бедненне Облаоть беднения Рис. 9.19. При Ъав > Ът индупированные Рис. 9.20. Вблизи стока канал становит- заряды (здесь электроны) образуют и-кз- ся узким ри Ъря > ров — Рт и прн нал Ъаз > Ут На рис. 9.21 изображена структура р-канального МОП-транзистора и полярности напряжений Ъпя и Ъ1тя, применяемые для его нормальной напряжение затвора превысит Ът, в канале наводится большее количество зарядов и увеличивается проводимость канала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
