4 Вывод
При уменьшении толщины диэлектрика или уменьшении концентрации акцепторной примеси увеличивается пороговое напряжение.
При увеличении ширины канала увеличивается крутизна.
При уменьшении ширины канала или уменьшении длины канала уменьшается емкость затвор-канал.
5 Контрольные вопросы
Назовите основные режимы мдп–структуры. При каких условиях они возникают?
Когда к идеальной МДП-структуре приложено напряжение того или другого знака, на полупроводниковой поверхности могут возникнуть три основные ситуации. Рассмотрим их сначала для МДП-структуры с полупроводником р-типа. Если к металлическому электроду структуры приложено отрицательное напряжение (V < 0), край валентной зоны у границы с диэлектриком изгибается вверх и приближается к уровню. Поскольку в идеальной МДП-структуре сквозной ток равен нулю, уровень Ферми в полупроводнике остается постоянным. Так как концентрация дырок экспоненциально зависит от разности энергий (ЕF- ЕV), такой изгиб зон приводит к увеличению числа основных носителей (дырок) у поверхности полупроводника. Этот режим называется режимом обогащения (аккумуляции).
Если к МДП-структуре приложено не слишком большое положительное напряжение (V > 0), зоны изгибаются в обратном направлении и приповерхностная область полупроводника обедняется основными носителями. Этот режим называют режимом обеднения или истощения поверхности. При больших положительных напряжениях зоны изгибаются вниз настолько сильно, что вблизи поверхности происходит пересечение уровня Ферми ЕFс собственным уровнем Еi. В этом случае концентрация неосновных носителей (электронов) у поверхности превосходит концентрацию основных носителей (дырок). Эта ситуация называется режимом инверсии.
В чем заключается полевой эффект?
Полевой эффект – это основное свойство МДП–структуры. Оно заключается в возможности управления свойствами полупроводника электрическим полем металлического слоя – затвора. Но для этого у диэлектрического слоя должна быть достаточная малая толщина (d), ведь его утолщение приводит к ослаблению электрического поля в подзатворной области. В существовании у затвора, к которому приложено напряжение, собственного электрического поля. При положительном напряжении, поле смещает дырки в полупроводнике в сторону от канала. При Uз > U0, концентрация электронов превышает концентрацию дырок. Образуется насыщенный электронами канал, проводящий ток. Другими словами, полевой эффект - уменьшение проводимости поверхностного слоя полупроводника под действием поперечного электрического поля.
Как устроен и работает мдп–транзистор?
МДП – транзисторами называют полевые транзисторы с изолированным затвором. Затвор представляет собой металлический слой, электрически изолированный от полупроводниковой области проводящего канала тонким слоем диэлектрика. МДП изготовляют на основе кремния. Чаще всего в качестве диэлектрика используется пленка окисла кремния . Получается МОП – окисел – полупроводник.
В зависимости от технологии изготовления различают две разновидности МДП транзисторов: со встроенным каналом, созданным в процессе изготовления, и с индуцированным каналом, который наводится электрическим полем под действием напряжения на затворе. Канал может быть p –типа и n – типа.
МДП транзистор со встроенным каналом n – типа, исходным материалом служит кремниевая пластина p – типа, называемая подложкой. В ней создаются области n – типа с большой концентрацией донорной примеси, образующие сток–исток, а между ними тонкий приповерхностный слой n – типа с малой концентрацией примеси, являющийся токопроводящим каналом. На поверхности кристалла создается оксидная пленка, которая изолирует затвор от канала, а также защищает кристалл от внешних воздействий. Металлические контакты с внешними выводами осуществляются от области стока и истока, от металлического затвора, а также в некоторых случаях от подложки. Чаще всего вывод от подложки соединяют с истоком.
Принцип действия МДП – транзистора со встроенным каналом основан на изменении проводимости канала под действием поперечного электрического поля, создаваемого напряжением на затворе.
Через транзистор протекает ток под действием напряжения сток–исток приложенного + к стоку при канале n – типа.
По мере увеличения напряжения канал к стоку сужается, проводимость уменьшается, происходит плавный переход к режиму насыщения, при дальнейшем увеличении напряжения происходит пробой.