Полевые транзисторы

1. Канальные

• ПТУП (полевые транзисторы с управляющим p-n переходом)

• ПТШ (полевой транзистор с затвором Шотки)

2. МДП – транзисторы

ПТУП

ПТШ МДП

7.Эффект оттеснения тока эмиттера на край эмиттера.

Отклонение по току от простой модели Эберса-Молла связано с эффектом оттеснения тока эмиттера на край эмиттера. Проанализируем влияние на токораспределение в БТ, на примере транзистора с кольцевой базой (рис. а).

Ток базы I_Б, который протекает от базы к эмиттеру параллельно эмиттерному переходу, представлен на рис.а, силовыми линиями 1 и 2. Эквивалентную схему участка транзистора между выводами эмиттера и базы можно представить суммой последовательных сопротивлений базы R_Б и эмиттерного р-n перехода R_jэ (рис. б). Напряжение, равно сумме падений напряжений на отдельных участках сопротивлении базы и на эмиттерном p-n-переходе U_БЭ=I_Б R_Б +I_Б U_jэ очевидно, что сопротивление короткого участка базы R_Б1 : вывод базы - край эмиттера (силовые линии тока 1) меньше, чем сопротивление длинного участка базы R_Б2 : вывод базы – центр эмиттера (силовые линии тока 2). Т.к. U_ЭБ=I_Б R_Б1 +I_Б R_jэ =I_Б R_Б2+I_Б R_jэ2 , то чем меньше напряжения падает на базе, тем большая его величина приложена к эмиттерному p-n-переходу (край эмиттера). Следовательно, высота потенциального барьера эмиттерного перехода на крае эмиттера будет меньше чем в центре эмиттера. Т.о, ток на крае эмиттера больше чем в центре (рис. а). а - сечение активной области транзистора, работающего в активном нормальном режиме; б - распределение плотностей эмиттерного и коллекторного токов по длине эмиттера;

в - эквивалентная схема участка транзистора между выводами базы и эмиттера.

J_n1 и J_n2 – плотности электронных токов на краю и в центре эмиттера, соответственно.

Высота потенциального барьера уменьшена по отношению к величине барьера центральной части эмиттера, и инжекция у края эмиттера будет сильнее, чем в центре (см. рис. а). Соответствующее этому распределение плотностей эмиттерного и коллекторного тока показано на рис.б. Вытеснение тока эмиттера на край эмиттера усиливается с ростом напряжения смещения. Поэтому затруднен расчет значения сопротивления, которое бы имитировало омическое падение напряжения в базовой области. Для снижения сопротивления базы (для борьбы с вытеснением эмиттерного тока) базовые и эмиттерные контакты делают в виде больших гребенчатых структур: Мощный n-р-n-транзистор с гребенчатой структурой: а – разрез, б – вид сверху на металлизацию эмиттера и базы.

8.Параметры моп - транзистора. (Статические параметры; Дифференциальные параметры; Электрофизические параметры (подвижность и механизмы рассеяния носителей в канале).

Статические параметры.

О сновным статическим параметром является пороговое напряжение U_поp, величина которого, связана со скоростью переключения и подпороговым током утечки. Согласно ГОСТу пороговое напряжение — это напряжение, при котором ток стока принимает заданное низкое значение. Под действием приложенных напряжений изменяется лишь заряд электронов в канале, а величины остальных зарядов, влияющих на пороговое напряжение остаются без изменений. Обратное смещение между истоком и подложкой увеличивает заряд ионизированной примеси в подложке (обедненного слоя), что в свою очередь уменьшает поверхностную плотность свободных носителей в канале. Следовательно, при наличии обратного смещения исток-подложка пороговое напряжение n-канальных МОПТ, становится более положительным, р-канальных — более отрицательным. Это относится в равной степени как к транзисторам с индуцированным каналом (транзистор, работающий в режиме обогащения), так и со встроенным каналом (транзистор, работающий в режиме обеднения).

а - график зависимости от для n-канального транзистора, работающего в области насыщения; б - схема измерения.

+ +2 ,

, ,

Электрофизические параметры

Подвижность носителей в канале определяется, главным образом, тремя механизмами рассеяния: рассеяние на заряженных центрах, рассеяние на фононах, рассеяние на шероховатостях границы раздела. В объеме кристалла подвижность µ намного больше, чем в канале: 1) канал - поверхность полупроводника, а поверхность всегда имеет много мест для рассеивания. 2) в МОП транзисторе сущ. поперечное поле , при увеличении напряжения на затворе носители прижимаются ближе к границе раздела, рассеяние от поверхности возрастает и подвижность падает, что приводит к уменьшению выходного тока и скорости переключения транзистора:

= , - коэф. уменьшения поля.

Теоритические механизмы рассеяния, объясняющие уменьшение подвижности носителей заряда в канале: 1) рассеяние на приграничных и объемных фононах 2) кулоновское рассеяние на заряженных центрах 3) рассеяние на неровностях поверхности. Существенное влияние оказывает 1) механизм.

Дифференциальные параметры

_{-крутизна,} является таким же параметром усиления как β: _{, измеряется в (Ам/В) .}

В линейной области для длинноканальных МОПТ :

а в области насыщения:

Из уравнений видно, что крутизна увеличивается при уменьшении длины канала L, порогового напряжения и толщины окисла d (т.к. ) и при увеличении ширины окисла W и напряжения на затворе.

- дифференциальное выходное сопротивление:

,

- проводимость канала, т.е. величина, обратная сопротивлению канала:

Когда МОПТ работает в линейной (крутой) области выходной ВАХ, его сопротивление должно быть очень малым, а, следовательно, проводимость как можно большей. Для линейной области:

Когда прибор работает в пологой области характеристики (в области насыщения), сопротивление транзистора должно быть велико, а проводимость, соответственно, мала из-за того, что в области насыщения тока стока согласно не зависит от U_си, т.е. дифференциальное сопротивление канала .