1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Принулевом напряжении на затворе (С/зи = 0 ) ток через прибор(между истоком и стоком) отсутствует, так как разность потенциалов на переходе исток — подложка равна нулю, а к переходусток — подложка приложено обратное напряжение — Е^сиНа границе подложки с диэлектриком существует потенциальный барьер: приповерхностный слой «-кристалла заряжен отрицательно, а в пленке диэлектрика возникают положительныезаряды. Образование этого барьера объясняется следующимифизическими явлениями.Положим, что напряжения на электродах равны нулю ( и 3ц = 0и и си — 0).
На границах стока и истока с подложкой существуютэлектронно-дырочные переходы, а на границе диэлектрик —подложка — потенциальный барьер. Этот барьер образуется вследствие того, что поверхностные состояния «-кремиия па границес пленкой ЯЮ2 богаты ловушками, захватывающими электроны,а пленка БЮ2 содержит некоторое количество положительно заряженных+ _ #сиионов, образующих поверхностный за■'■—О О-»ряд (?пов, равный по величине отрицаИстокиэи \Затдор Стоктельному заряду на поверхности п-полупроводника (рис.
13-11, а). На этомрисунке слева изображена часть структуры вблизи областей стока и истока.Справа показана энергетическая диаграмма контакта металл-диэлектрик — Рис. 13-10. Схема включе/¿-полупроводник.ния с общ им истоком МДПДвойной слой электрических заря транзистора с индуцированным каналом.дов образует у поверхности полупроводника потенциальный барьер ф„5,и границы энергетических зон полупроводника смещаются в сторону отрицательных потенциалов.При подаче на затвор отрицательного напряжения возникающее электрическое поле отталкивает электроны от поверхностив глубь «-полупроводника.
С увеличением отрицательного напряжения потенциальный барьер вначале уменьшается до нуля,а при |С/ЗИ|> |фкс1 меняет знак. При напряжении — £/3и — —ипотенциальный барьер таков, что на границе диэлектрик — полупроводник уровень Ферми проходит через середину запрещеннойзоны (рис.
13-11, б). Поверхностный слой «-полупроводникапри этом имеет собственную проводимость. При дальнейшемувеличении отрицательного напряжения на затворе приповерхностная область «-полупроводника продолжает обедняться электронами. Границы энергетических зон у поверхности «-полупроводника искривляются настолько, что в узкой приповерхностнойобласти уровень Ферми оказывается расположенным ниже середины запрещенной зоны.
Иначе говоря, у поверхности «-полупроводника образуется тонкий слой с инверсной — дырочной проводимостью (рис. 13-11, в). В этом слое под действием электрическогополя накапливаются дырки и между стоком и истоком форми-ДиэлектрикР и с. 13-11. Рабочая область прибора и энергетические диаграммыМДП транзистора с индуцированным каналом.0 ; б — при небольш ом отрицательном напряжении 1 / з ц ;п ри отрицательном напряж ении и 3 [|^ соответствующем формированиюканала р-типа.а — п ри С /зц =вруется, таким образом, р-канал. Этот канал толщиной в несколькотысячных долей микрометра отделен от остального объемап-полупроводника областью объемного положительного заряда,образуемого донорными ионами, обнаженными, в результатеухода электронов в глубь п-полупроводника.Изменяя напряжения на затворе — U 3 и> можно в достаточношироких пределах изменять в канале концентрацию дырок,управляя таким образом проводимостью канала.
Напряжениезатвора, при котором в приборе формируется канал, называютпороговым напряжением С/зи п ор Если при |{/зи| > IU зи порI подать отрицательное нанряжениена сток (U ca < 0), то в канале появится продольное электрическое поле и возникнет дрейфовое движение дырок от истокак стоку: потечет ток Iс- Этот ток можно регулировать, меняя напряжение — и ш , а следовательно, и концентрацию дырок в канале,а также напряжение U си- В последнем случае будут изменятьсяне только дрейфовая скорость движения дырок в канале, и значение тока 1с, но и конфигурация канала. Обсудим это явлениепри рассмотрении выходныххарактеристик.Выходные характеристики.На рис.
13-12 показаны выходные характеристки 1 с = ф 2(^си)при Z73и = const.Эти характеристики практически такие же, как и для нолевых транзисторов других типов. Ток 1С вначале растетпочти линейно с увеличениемотрицателыюгонапряжения С/си Рис. 13-12. Выходные (стоковы е) х а и соответствующим возраста рактеристики тран зи стор а с индуцированным каналом.нием продольного электриче' ского поля в канале.
Отклонение от линейного закона объясняется изменением сопротивления канала вследствие уменьшения его поперечного сеченияпо мере удаления от истокового конца. При подключении напряжения — Uсм р-п переход на границе сток— подложка оказываетсяпод обратным напряжением (t/ци = 0), в то время как на p-и переходе у границы исток — подложка напряжение по-прежнемуравно нулю. Запирающий слой у стокового перехода расширяется, увеличивается положительный объемный заряд ионов доноров в подложке, и дырки частично выталкиваются из канала у егостокового конца. Канал в этой области сужается (рис.
13-13, а).При напряжении [С/си! = |£7си нас| объемный положительныйзаряд еще больше увеличивается и канал у стокового концастягивается в узкую полоску (рис. 13-13, б). Наступает режимнасыщения, характеризуемый очень слабой зависимостью тока / сот напряжения |?7си| (пологие участки стоковых характеристик).С дальнейшим увеличением напряжения [С/си| начало «горловины»канала смещается к истоковому концу (рис.
13-13, в); сопротивление канала еще более увеличивается. Сопротивление каналарастет не строго пропорционально увеличению напряжения |£/си |.что и обусловливает некоторое возрастание тока 1 с-Аналитически зависимость тока стока 1с от напряженийна электродах прибора определяется следующим приближеннымсоотношением [24]:1С=5 уд [ ( ¡ £ / з и | -|£/з и п ор !) |#си|где-1^си!2] ,удЧ,'у д ■(13-10)(13-11)^ зи ^ сиДифференцируя (13-10) по 17Сж и полагая производную равнойнулю, можно определить напряжение насыщения:\UcTS.
нас| =(13-12)| ^ 3и | — |^ЗИ пор|-Подставляя это выражение в (13-10), получаем выражение длятока стока в режиме насыщения:I С пас —(13-13)уд (|С/,т7^зи|' ■ ![7ЗИ1Юр|)2.Влияние подложки. На рис. 13-14 показано еще одно семействостоковых характеристик, но в отличие от рис.
13-12 здесь пара-I |^з»|>!Узилрр|-I^зиН^зккр|I |^з»|>)Узи лор|2У //////?У 7777777>т'\ © ^ @ © ------ '|Уси|=|Ус» нас]*)‘——0© ф ® ©¡(/сиН^синас|\© ф © ©В)Рис. 13-13. Рабочая область транзистора при различных напряжениях # с и .а — при |УСИ | < |1/с и нас/; С — при 117с и н ас|; в — при |ис и ! > |С/С ц нас .метром служит напряжение на подложке 17пи> а напряжениепа затворе \и 3 ш\ остается неизменным для всего семейства кривых.Таким образом, эти характеристики получены при таком включении прибора, когда подложка не соединена с истоком, как насхеме рис. 13-10, а находится под положительным относительноистока потенциалом (С/ци > 0 ) . В этом случае подложка используется как дополнительный управляющий электрод, с помощьюкоторого осуществляется управление величиной тока в каналеПо этой причине подложку иногда называют нижним затвором.Механизм управления током в этом случае такой же, как и в полевом транзисторе с управляющим р-п переходом.
Под действиемэлектрического поля, созданного напряжением 17\\и, не толькорасширяется область, обедненная электронами вблизи канала,но и выталкивается из канала некоторое количество дырок.Сопротивление капала увеличивается, и ток /с , как это видноиз характеристик на рис. 13-14, уменьшается.Характеристика передачи (стоко-затворная;) 1с —показана на рис. 13-15. При 1Уци = 0 ток стока I с появляетсяРис. 13-15.
Х а р а к тер и стики передачи (сток озатворные) при различных напряж ениях наподлож ке.Рис. 13-14. Выходные (сток овые) характеристики транзистора при различных нап ряжениях на подложке.в приборе только при напряжениях |£/зи1> 1^зипор1> когдасформируется канал. При подаче на подложку положительногонапряжения стоко-затворная характеристика смещается в сторонуболее отрицательных напряжений на затворе. Канал формируется при | ? 7 з и п о р 1 > IЕ^ЗИпор I13-4. П АРАМ ЕТРЫ П О Л Е В Ы Х ТР А Н ЗИ С Т О Р О ВВ качестве основных параметров полевых транзисторов используются г/-параметры в уравнениях (13-1) эквивалентного четырехполюсника.
В общем случае токи и напряжения в транзисторе —комплексные величины, поэтому в качестве параметров используются полные проводимости, которые для схемы ОИ записываютсяследующим образом:d l.ниdU зи(13-14)и с и = constполная входная проводимость;а! ■12 Иd U cviС/3И = constполная проводимость обратной передачи;d indU,зиU о д = const(13-15)^ си^зи==СОП8*— полная выходная проводимость.При работе транзистора с сигналами низкой частоты в качестве параметров используют активные составляющие полных проводимостей: g 11I„ %\2п '-1 ^214 И @ 22ПВ литературе часто эти величины обозначают иными символами,подобными тем, каторые используются для электродных ламп.Входное дифференциальное сопротивление»_1й^зивх-д и ф -^ г _ ~ ^ гГУс и = СОП31(13-18)'Как уже отмечалась выше, величина /?вх.дИф в полевых транзисторах очень велика: 108—1010 Ом в транзисторах с управляющимр-п переходом и 1010—1012 Ом в МДП транзисторах.Крутизна характеристикис_нас(13-19)° — 6 21И----- -ГГ;---аиШС-ГСИ ~ с ОП91и пи = 0Крутизна 5 для полевых транзисторов лежит в пределах отнескольких десятых долей до 3 мА/В.Зависимость крутизны характеристики от напряжений на электродах транзистора можно получить, дифференцируя выражения(13-8) и (13-10).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
