4.2. Полевой транзистор с изолированным затвором (птиз)

Полевой транзистор с изолированным затвором (ПТИЗ, MOSFET)  это разновидность полевого транзистора, затвор которого отделен от канала слоем высокоомного диэлектрика. Именно поэтому подобные транзисторы иногда называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) транзисторами. Наличие диэлектрика обеспечивает очень высокое входное сопротивление ПТИЗ (10¹²…10¹⁴ Ом). Поскольку затвор гальванически отделен от канала, и входной ток (ток через контакт затвора) практически отсутствует, то говорится, что ПТИЗ, также как и ПТУП, управляется не током, а напряжением.

4.2.1. Структура птиз

В отличие от полевых транзисторов с p-n-переходом, рассмотренных выше, так называемые МДП-транзисторы (ПТИЗ, MOSFET) характеризуются структурой типа "металл – диэлектрик – полупроводник". В подобных структурах металлический контакт затвора З нанесен (методами фотолитографии) на слой диэлектрика, т.е. затвор электрически изолирован от области (объема) токопроводящего канала. В качестве диэлектрика наиболее часто используют окисел кремния SiO₂. Поэтому существует другое название подобных структур  МОП-транзисторы (структура "металл – окисел – полупроводник").

В подобных ПТИЗ токопроводящий канал формируется непосредственно под слоем диэлектрика, т.е. он локализован в тонком приповерхностном слое полупроводника (образуется планарная структура) [5], [6].

В зависимости от того, как образуется проводящий канал, МДП-транзисторы выпускают двух типов – со встроенным каналом и с индуцированным каналом.

4.2.1.1. Встроенный канал

Встроенный канал (рис. 4.5, а) формируется в процессе реализации метода фотолитографии [5], [6], так что под слоем диэлектрика изначально имеется проводящий канал (длиной d), простирающийся от контакта истока к контакту стока. Другими словами, при наличии канала достаточно приложить напряжение U_си необходимой полярности, чтобы носители заряда начали перемещаться от истока И к стоку С под действием возникающего электрического поля.

Планарная (поверхностная) конструкция МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа представлена на рис. 4.5, а. В исходной пластине (подложке) кремния р-типа с помощью диффузионной технологии созданы области истока И, стока С и канала, например, n-типа. Слой окисла SiO₂ выполняет функцию диэлектрического слоя, отделяющего металлический контакт затвора З от проводящего канала, а также служит для диэлектрической защиты (от внешней среды) поверхности, примыкающей к контактам истока И и стока С. Вывод подложки П обычно заземлен и может быть гальванически соединен (проводом) с истоком.

а) б) в)

Рис. 4.5. Конструкция планарного МОП-транзистора со встроенным каналом n-типа (а), семейства его стоковых (б) и стоко-затворных характеристик (в)

Поскольку концентрация доноров N_Д во встроенном канале меньше, чем концентрация N_A акцепторов в подложке, поэтому канал имеет большее электрическое сопротивление, чем подложка. Обратим внимание, что n-канал отделен от подложки протяженным (от истока к стоку) изолирующим слоем p-n-перехода. Из-за разницы концентраций доноров и акцепторов согласно (1.8), (1.9) данный р-n-переход локализован, как и в ранее рассмотренных структурах, главным образом, в области канала.