7. Статические вольтамперные характеристики и дифференциальные параметры моп – транзистора.

При U_зи<U_пор в транзисторе протекает подпороговый ток, который обусловлен только диффузией, так как отсутствует канал между истоком и стоком. Величина этого тока относительно мала (порядка 1 нА при комнатной температуре и при напряжении на стоке более 100 мВ), он влияет на скорость переключения прибора, а также на величину мощности, рассеиваемой в ждущем режиме.

Когда напряжение на затворе становится больше порогового, а напряжение на стоке U_си<U_зи−U_пор , канал соединяет исток со стоком, и прибор ведет себя как полупроводниковый резистор, управляемый напряжением, имеет линейный (крутой) участок на выходной статической ВАХ ( область I). Так как величина напряжения на стоке мала, то на этом участке толщина инверсного проводящего канала на поверхности практически одинакова на всем расстоянии от истока к стоку.

При увеличении напряжения на стоке разность потенциалов между затвором и стоком уменьшается, а, следовательно, уменьшается толщина канала около стока. При дальнейшем увеличении U_cи ОПЗ у стока еще больше расширяется. Это приводит к отклонению от линейности зависимости тока стока от напряжения U_си (область 2)

напряжение на стоке станет равной U_зи − U_пор, канал около стока отсекается. Эта величина напряжения на стоке называется напряжением насыщения. В области насыщения величина тока стока c I изменяется благодаря тому, что в точке отсечки канала величина напряжения постоянна . А так как длина канала с увеличением U_си уменьшается на какое-то малое Δ L , то величина тока стока будет увеличиваться.

Диф. Параметры

1. Крутизна :

2. Проводимость канала g

7. Пробой моп транзистора: сквозное обеднение, лавинный пробой электронно-дырочного перехода сток-подложка.

В длинноканальных транзисторах, при больших напряжениях на стоке, ) обедненной области, около стока, где приложено максимальное электрическое поле , может произойти лавинное умножение носителей. Дырки, образующиеся в результате лавинного умножения, уходят в подложку, а электроны в сток, увеличивая тем самым величину I_с. Величина напряжения на стоке U_си, при котором происходит лавинный пробой U_пр, будет зависеть от напряжения на затворе (U_зи> U_пор), так как при увеличении напряжения на затворе разница напряжений U_сз = U_cи – U_зи уменьшается, то процесс лавинного умножения затрудняется.

Если в длинноканальных транзисторах дырки, коллектируясь подложкой, приводят только к увеличению тока подложки I_п, то в короткоканальных приборах они являются также причиной уменьшения напряжения пробоя. Падение напряжения на сопротивлении подложки (рис) даже при незначительных токах подложки может стать причиной механизма "включения" паразитного биполярного n-р-n (исток - подложка - сток) транзистора. Если на р-n-переходе подложка - исток напряжение U_пи достигнет 0,6 В, то может начаться инжекция электронов из истока в подложку.

1 - процесс лавинного умножения носителей в обедненном слое около стока;

2 - процесс инжекции электронов из истока в канал и подложку.

Развитие этого процесса приводит к электрическому пробою транзистора, начало которого определяется условием

.

сквозное обеднение (смыкание истокового и стокового переходов). Сквозное обеднение происходит при таком взаимодействии обедненных областей истока и стока, которое снижает потенциальный барьер между ними, препятствующий протеканию электронного тока.

когда напряжение на стоке достигает насыщения , ширина обедненного слоя зависит от приложенного к нему напряжения :

.

Когда величина напряжения на стоке U_cи станет равной напряжению пробоя, вызывающему сквозное обеднение U_пр.о

.

При малых величинах L и N_n напряжение пробоя U_пp.o, вызывающее сквозное обеднение, намного меньше, чем напряжение лавинного пробоя U_пр.лав.