29_kospect_electro (555831), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Стоковые характеристики (выходные) транзистора.Рис. 10.3. Стоко-затворые характеристики с индуцированным и встроенным каналами n-типа.Пусть напряжение между затвором и истоком Uзи = 0. При увеличении положительного напряжения Uс настоке ток Ic будет нарастать. Вначале зависимость Ic = f(Uc) будет почти линейной. Однако с возрастанием Icувеличивается падение напряжения на канале, повышается обратное смещение для p-n-переходов (особенновблизи стока), что ведет к сужению сечения токопроводящего канала и замедляет рост тока Ic .
В конечном итогеу стокового конца пластинки канал сужается настолько, что дальнейшее повышение напряжения уже не приводитк росту Ic. Этот режим получил название режима насыщения, а напряжение Uc, при котором происходитнасыщение, называется напряжением насыщения Uc нас. Если снять зависимость тока Ic от напряжения Uc дляряда напряжений на затворе (Uзи < 0), то получим семейство выходных характеристик полевого транзистора.Статические ВАХ в МДП-транзисторах в схдме с общим истоком описываются приблизительнымивыражениямиIc =β (U зи − U пор ) ⋅U си − U сипри U си < U нас = U зи − U пор2(U зи − U пор ) ⋅ 2 ⋅ βIc =при U си ≥ U нас ,2(10.1)(10.2)где β – удельная крутизна, U0 – пороговое напряжение транзистора, Ic – ток стока, Uз, Uc, Uп – напряжения назатворе, стоке и подложке в схеме с общим истоком, Iсо – остаточный ток в цепи стока (удельная крутизна –изменение крутизны при изменении напряжения Uз на 1 вольт).Удельная крутизна выражается через электрические и геометрические параметры структуры (рис 10.4):Рис 10.4 (а, б).
Стоковая и стоко-затворная характеристика МДП-транзистора.β=a ⋅ µ ⋅ξ0 ⋅ξд,2L ⋅ dд(10.3)где µ - подвижность основных носителей заряда в канале; ξ0 – диэлектрическая проницаемость вакуума (8.8*10-12ф/м); ξд – относительная диэлектрическая проницаемость подзатворного диэлектрика, для двуокиси кремния ξд =4; d – толщина диэлектрика, L и а – длина и ширина канала соответственно.Пороговое напряжение выражается формулой:U 0 = Ф мп −Q ssCg−QпCп+ 2 ⋅ϕ ш ,(10.4)где Сg = ξ0* ξд/ dд удельная емкость затвора, Фмп - разность потенциалов, определяемая различием в работахвыхода полупроводника и металла (в случае металлического затвора; Qss – плотность заряда поверхностныхсостояний___ на границе полупроводника и диэлектрика, Qп – плотность пространственного заряда вполупроводнике.В интегральных схемах МДП-транзисторы имеют общую подложку (кристалл).
У МДП-транзисторов, какследствие этого, может быть разное пороговые напряжения. Транзисторы, расположенные близко друг к другу имежду ними из-за такого близкого расстояния возникает емкостная связь.Добротность интегральных МДП-транзисторов:D=S,C(10.5)где S – крутизна характеристики; С – суммарная емкость.МДП-транзисторы в ИМС имеют малые пороговые напряжения (1-2В), необходимые для снижениянапряжения питания и согласования его с питанием биполярных ИМС.Более простая технология изготовления МДП-транзисторов, требуется одна диффузия и меньшее числоопераций фотолитографииБыстродействие определяемое паразитными емкостями (у биполярных главный фактор, определяющийбыстродействие – время пролета носителей через базу).У биполярных транзисторов емкость металлизации обычно не устанавливается. В МДП-транзисторахдаже малыми емкостями нельзя пренебречь.
Из-за паразитных емкостей добротность МДП-транзистора в ИМСстановится иногда на порядок .Добротность определяется не только его усилительными свойствами, но и его инерционностью (частотныесвойства):D=1τз=µ ⋅ (U зи − U пор ) ⋅ 2l2,(10.6)где τз – постоянная времени затвора; µ - приповерхностная подвижность носителей заряда в канале; l – длинаканала.Лучшие частотные свойства у МДП-транзисторов с n-каналами. l трудно сделать менее 5 -8 мкм, граница200 – 300 Мгц (у биполярных транзисторов ширина базы 1 – 2 мкм, до 10 ГГц метод_____ двойной диффузиипозволяет увеличить быстродействие до 10 ГГц.Входное сопротивление МДП-транзистора определяется утечками в слое окисла и поэтому велико 1012 –1015 Ом.В линейных усилительных схемах рабочие режимы транзисторов соответствует пологим участкамстоковых характеристик.Статическими малосигнальными параметрами транзистора являются:•••Крутизна стоко-затворной характеристикиS dIc/dUзи|Uси = constВнутреннее (выходное) сопротивление:Ri =•d ⋅U си| U зи = constdI c(10.7)Коэффициент усиления:K ус =d ⋅ U си| I с = constd ⋅ U зиМалосигнальные параметры взаимосвязаны: K ус =(10.8)SRiОсновные направления совершенствования конструкции МДП-транзисторов связаны с повышением ихудельной крутизны, снижением порогового напряжения, уменьшением площади и межэлектродныхэлектроемкостей.Чем больше удельная крутизна (при прочих равных условиях), тем больше ток стока и быстрееперезаряжающая межлектродные емкости.
Следовательно, удельная крутизна приводит к повышениюбыстродействия.Основные пути повышения удельной крутизны:••••увеличение подвижности основных носителейувеличение ширины канала и уменьшение его длины. С ростом ширины растут и малые электродныеемкости, следовательно, более эффективно уменьшение длины канала.уменьшение толщины диэлектрика (пробивное напряжение) не менее 0.01 – 0.08 мкмИспользование надзатворного диэлектрика с большой диэлектрической проницаемостью (например,нитрид кремния Si3N4, ξд = 7.5) но при этом возрастает емкость затвора и технологические трудности).Связь электрических параметров транзистора и электрофизических параметров его структурыПараметры структуры:L – длина канала; а – ширина; d – толщина надзатворного диэлектрикаNак концентрация акцепторов в канале, Nап концентрация акцепторов в подложкеξд – относительная диэлектрическая проницаемость подзатворного диэлектрика.µ - подвижность электронов в каналеξд – относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника1.) β =a ⋅ µ ⋅ξ0 ⋅ξдмкА/В2 50 – 500 мкА/В2L ⋅ dдβ – увеличивается при уменьшении L и dд и возрастании µβ – возрастает → Ic растет → tз – время задержки уменьшается tз << tпролβ – увеличивается при увеличении а, но при этом увеличивается Сд и Спер2.) Uпор уменьшается при уменьшении d, Nak – уменьшается для n-канального транзистора Uпор уменьшается приросте плотности поверхностного заряда3.) Кп = d4.) φпор = 2φтln(Nak/ni) → 0.5 – 0.7 В где ni – концентрация собственных носителей в подложке5.)Спер = 10-3-10-2кф6.) Cд; β = Clµn|L2$ β/Cд = µn/L2 используется для сравнения различных транзисторов7.) Co =Параметры модели:Рис 10.5β – удельная крутизна; Uпор – пороговое напряжение при Uип = 0Кп – коэффициент влияния подложкиφпор – пороговое напряжение (или потенциал инверсии)Спер – емкость перекрытия____Cд – полезная емкость затвора, Co – емкость СП, ИП при U = 0nφ – контактная разность потенциалов переходов СП, ИПкрутизнаSд =dI c| U си = const = β ⋅ (U зи − U пор )dU зи(10.9)dS= β – изменение крутизны при изменении напряжения на 1 ВdU зиВлияние напряжения подложкиdU nUKn=−dU uU2 U uu + ϕ порПаразитные емкости конструкции транзистора(10.10)Рис.
10.6Необходимым условием нормальной работы транзистора с индуцированным каналом является полноеперекрытие затвором области между истоком и стоком, в которой по всей длине должен формироваться канал. Потехническим причинам не удается абсолютно точно совместить край затвора с границами истокового и стоковогопереходов. Поэтому краевые области затвора располагаются над стоковой и истоковой областями.Малосигнальная эквивалентная схема транзистора:Рис 10.7Барьерная емкость стокового перехода Ссп снижается при уменьшении площади перехода,концентрации примесей в подложке и при повышении отрицательного напряжения на подложке.Рис. 10.8Рис.
10.9Эквивалентная схема и структура МДП-транзистора с каналом n-типаРис. 10.10Модель МДП-транзистора:Рис. 10.11Рис. 10.12f кр =S,2 ПС зигде Сзи – емкость затвораВходное сопротивление велико (определяется лишь утечками в слое окисла): 1012 – 1015 Ом.
Значениебольше, чем у полевых транзисторов с управляющим p-n переходом. Собственных у полевых транзисторовнесколько меньше, чем у БТ.Упрощенная эквивалентная схема (опущены второстепенные члены, подложка соединена с истоком)Рис. 10.13где Свх входная емкость между между затвором и истоком (это паралл. соед)Сзи, СзпS=∂I c= k (U зи − U пор )∂U зиСвх = С зи + С зпЛекция 12. Интегральные биполярные транзисторыСтруктура интегрального биполярного транзистора с изолирующим p-n-переходом.
Назначениескрытого n+- слоя. Эквивалентная схема интегрального биполярного транзистора. Особенностимодели Эберса-Молла.Рис. 12.3. Структура интегрального биполярноготранзистораРис. 12.1 Топология биполярных интегральных транзисторов.В маломощных транзисторах (рис. 12.1.а) используется однополосковая топология, имеющаяминимальную площадь. Для уменьшения сопротивления коллектора площадь коллекторного контактаувеличивается. Для снижения последовательных сопротивлений базы применяется двухбазовая полосковаятехнология транзистора (рис. 12.1.б). При средней и большой мощности транзистора его топологиихарактеризуются максимальным отношением параметра эмиттера к его площади – многополосковый эмиттер.Сравним структуру интегрального биполярного транзистора с дискретным (рис. 12.2 и 12.3).Следует отметить различия в расположенииРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
