Статические характеристики и параметры мдп - транзисторов с индуцированным каналом

Рис.18.12. МОП структура горизонтального типа.

d=0,1÷0,3 мкм

В исходном состоянии при канала не существует, тогда при приложении напряжения между n⁺ областями стока и истока окажется обратно смещённый переход сток-подложка и ток стока будет равен лишь обратному току этого перехода. Если , то электроны, подтягиваясь к поверхности полем затвора, инвертируют проводимость поверхностного слоя и она окажется n-типа. То есть между истоком и стоком индуцируется токопроводящий канал n-типа. Этот канал отделён от подложки слоем неподвижных некомпенсированных ионов акцепторов, который образуется за счёт отталкивания дырок от приповерхностной области полем затвора. Этот слой некомпенсированных ионов является областью объёмного заряда p-n перехода индуцированный канал n-типа – подложка p-типа. Так как он обеднён подвижными носителями и поэтому имеет высокое сопротивление, то он изолирует структуру транзистора от подложки. Поэтому МДП – транзисторы являются самоизолирующимися приборами.

Рис.18.13. Изоляция МОП структуры от подложки.

После образования канала работа МДП – транзистора мало отличается от работы транзистора с управляющим p-n переходом, то есть с приложением начинает протекать ток стока . Величина при малых определяется малым начальным сопротивлением канала, которое зависит от геометрических размеров и концентрации подвижных носителей в канале, которая в свою очередь определяется напряжением , то есть в начале нарастает резко. Однако с ростом за счёт падения напряжения по длине канала от тока канал начинает сужаться около стока, а при канал перекрывается около стока, его дифференциальное сопротивление резко возрастает и ток стока мало зависит от , то есть транзистор попадает в насыщение. В области насыщения увеличение приводит лишь к увеличению длины перекрываемой области канала.

Рис.18.14. Перекрытие канала при работе в режиме насыщения.

Рис.18.15. Выходные ВАХ МДП - транзистора.

При относительно большом напряжении (десятки - сотни В) возникает лавинный пробой перехода сток-подложка и ток стока резко возрастает. Участок пробоя находится в области наибольшего искривления поверхности p-n перехода вблизи затвора, так как в этом месте наибольшая напряжённость электрического поля.

При увеличении в канал подтягиваются дополнительные электроны, его проводимость возрастает, что вызывает рост тока . С увеличением разность потенциалов между затвором и стоком уменьшается, что ослабляет электрическое поле в пробойной части области объёмного заряда. Поэтому пробой между стоком и истоком наблюдается при большем напряжении .

Так как пробой носит лавинный характер, то он обратимый, то есть при ограничении тока он безопасен. Но в МДП – транзисторах велика вероятность пробоя диэлектрика под затвором. Связано это с тем, что в хорошем диэлектрике В/см, что при d=0,1 мкм определяет В. Однако реальная величина заметно меньше за счёт дефектов в плёнке SiO₂.

Как правило, диэлектрик пробивается в каком-то одном, самом слабом месте по очень узкому каналу (1 мкм). В малом сечении такого канала даже при малых токах пробоя получается очень высокая плотность тока. Поэтому диэлектрик расплавляется и через расплав металл затвора соединяется с подложкой – транзистор оказывается неработоспособным. Так как затвор отделён от подложки диэлектриком, то Ом, то есть является почти идеальным конденсатором, поэтому любой электростатический заряд на затворе не стекает с него, а накапливается на нём. При этом , где у маломощных приборов несколько пФ. Поэтому любой маломощный, но высоковольтный источник ЭДС способен пробить диэлектрик под затвором. Таким источником может быть паяльник, тело человека. На теле человека существует статический заряд 5÷10 кВ. При работе с МДП – транзисторами необходимо применять меры предосторожности. Нужно заземлять паяльник и оператора через ограничительное сопротивление 1МОм. В электронных устройствах на МДП – транзисторах, в том числе и на интегральных схемах, затворы МДП – транзисторов защищают стабилитронами или более сложными схемами. В этом случае входное сопротивление уменьшается до Ом.

Без вывода. В общем случае:

где - поверхностная подвижность носителей в полупроводнике, - подвижность носителей в объёме, - за счет соударений носителей о границу раздела диэлектрик-полупроводник.

- в режиме насыщения.