Конструкция
(из конспекта поца, под стоком-омический контакт, между подложкой и n у нас буферный слойпрепятствует хз че за слово)
Под затвором Барьер Шотки и он нужен чтобы изолировать затвор от накала. Если бы его не было то ток тек из затвора в п/п.
ХОД ЛАБЫ
1)Исследование влияния напряжения затвора на ВАХ и крутизну ВАХ ПТШ.
2)Исследование изменения ВАХ и крутизны ВАХ ПТШ при увеличении толщины активного (эпитаксиального) слоя.
3)Исследование ВАХ и крутизны ВАХ ПТШ при увеличении концентрации донорной примеси в активном слое
4)Исследование влияния значения напряжения затвор-исток на значение глубины области обеднения
5)Исследование влияния значения напряжения стока на значение лубины области обеднения
6)Подбор параметров ПТШ для получения Iс.нас = 0.6 A, Uс.нас = 5 B, gm.нас = 0.5 AB:
7)Исследование влияния сопротивлений на ВАХ и крутизну ВАХ ПТШ
ПОЯСНЕНИЯ К ГРАФИКАМ
1. Исследование влияния напряжения затвора на ВАХ и крутизну ВАХ ПТШ.
|
1,2 |
|
|
1 |
|
|
0,8 |
|
мА |
0,6 |
|
Ic, |
||
|
||
|
0,4 |
0,2
0 |
|
|
|
|
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
|
|
Uc, |
В |
|
При Ug=-5В
При Ug=-3В 
При Ug=-1В
Рисунок 5 - ВАХ ПТШ при различных значениях напряжений затвора
gm, A/B
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0 |
|
|
|
|
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
|
|
Uc,B |
|
|
При Ug=-5B
При Ug=-3В 
При Ug=-1В
Рисунок 6 - Крутизна ВАХ ПТШ при различных значениях напряжений затвора На рисунках 5-6 представлены зависимости ВАХ ПТШ и крутизна ВАХ. Из (рисунка
5) видно, что с увеличением напряжения затвора увеличивается ток, а также смещается вправо значение напряжения насыщения. На ВАХ мы наблюдаем два участка: 1-линейный и 2-насыщение. Участок называется линейным, т.к. на нём наблюдается линейная зависимость между током стока и напряжением стока. Увеличение напряжения (глубины обедненной области) происходит до тех пор, пока глубина обедненной области не станет равной толщине структуры и канал не сомкнется (ток стока станет постоянным).
При уменьшении Ug ток насыщения и напряжение, соответствующее началу насыщения, уменьшаются. Это связано с понижением начальной глубины проводящего канала, что в свою очередь ведет к большему начальному сопротивлению канала транзистора.
Крутизна (рисунок 6) определяется параметрами транзистора, по крутизне ВАХ можно судить, насколько эффективно управление током данного транзистора. Крутизна так же, как и ВАХ имеет два участка: 1-линейный и 2-насыщение. Крутизна определяется
формулой: = . В линейной области крутизна имеет разный наклон (при разных напряжениях на затворе), такое различие объясняется разной степенью перекрытия канала и разной степенью влияния затворного напряжения на стоковый ток. Возрастание крутизны с ростом напряжения на затворе связано с уменьшением обедненной области и большей зависимостью стокового тока от затвор-истокового напряжения, так как чем меньше проводящий канал, тем труднее сделать его еще более узким. Когда канал перекрывается,
изменение затворного напряжения практически не влияет на изменение тока.
Наклон крутизны не изменяется и это следует из формулы:
|
|
2 ∙ ∙ ∙ ∙ |
∙ ∙ ( − ) |
|
|
|
||||
= |
|
= |
|
|
|
2 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ∙ ∙ ∙ ∙ |
∙ ( |
− ) |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|||
|
|
|
|
|
|
=> = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
{ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Под затвором в ПТШ транзисторах существует электрическое поле, которое образуется за счет перераспределения зарядов между металлом и полупроводником, а именно какое-то количество электронов перешло из полупроводника в металл, за счет разности работ выхода этих материалов.
При приложении отрицательного напряжения на затвор, направления напряженности электрического поля затвора и контактного электрического поля в переходе Шоттки совпадают, следовательно, обедненная область внутри полупроводника будет увеличиваться. Увеличение обедненной области сужает проводящий канал в транзисторе, что приводит к уменьшению тока протекающего через него.
При некотором напряжении на стоке происходит перекрытие канала, что на ВАХ отражается в виде насыщения. Обедненная область увеличивается при подаче положительного потенциала на сток, так как поле стока совпадает по направлению с контактным полем.
Крутизна ПТШ – это отношение изменения тока стока к изменению напряжения на затворе:
= з
Она показывает эффективность управления током. Крутизна имеет различный наклон в линейной области. Это связано с тем, что напряжение на затворе по-разному влияет на стоковый ток и на перекрытие канала. При увеличении напряжения затвора, глубина обеднённой области уменьшается, а значит канал становится толще, поэтому увеличивается крутизна.
2. Исследование изменения ВАХ и крутизны ВАХ ПТШ при
увеличении толщины активного (эпитаксиального) слоя.
|
0,6 |
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
мА |
0,4 |
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
Ic, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
Uc, B
При А=10,7мкм
При А=9,46 мкм 
При А=14,2мкм
Рисунок 7 - ВАХ ПТШ при различных значениях толщины активного слоя
|
0,6 |
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
мА |
0,3 |
|
|
|
|
Ic, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
Uc, B
При А=10,7мкм
При А=9,46 мкм 
При А=14,2мкм
Рисунок 8 - Крутизна ПТШ при различных значениях толщины активного слоя Увеличение тока и напряжения насыщения транзистора с увеличением толщины
активного слоя объясняется тем, что глубина канала увеличивается. Если к затвору не прикладывать напряжения, то барьер Шоттки и обеднённая область образуется без смещения. Если при этом увеличится толщина активного слоя, то это никак не повлияет на глубину обеднения W, следовательно, увеличится глубина канала. Соответственно, для отсечки канала потребуется приложить большее значение напряжения, а, следовательно,
насыщение транзистора наступит гораздо позже.
Крутизна характеризует эффективность управления током стока. Т.е. на сколько миллиампер изменяется ток стока при изменении напряжения на затворе. Крутизна
определяется формулой: = . При увеличении толщины активного слоя, максимум крутизны становиться больше, т.к. необходимо приложить большее напряжение для того,
чтобы глубина канала под стоком стала равна толщине активного слоя (т.е. наступило насыщение). Чем позже наступит насыщение, тем больше будет максимальная крутизна.
Наклон крутизны не изменяется и это следует из формулы:
|
|
2 ∙ ∙ ∙ ∙ |
∙ ∙ ( − ) |
|
|
|
||||
= |
|
= |
|
|
|
2 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ∙ ∙ ∙ ∙ |
∙ ( |
− ) |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|||
|
|
|
|
|
|
=> = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
{ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3. Исследование ВАХ и крутизны ВАХ ПТШ при
увеличении концентрации донорной примеси в активном слое.
|
1,2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
мА |
0,8 |
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
Ic, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
Nd=7.95*10^23 м^-3
Nd=6.34*10^23 м^-3
Nd=4.2*10^23 м^-3
Uc,B
Рисунок 9 - ВАХ ПТШ при различных концентрациях донорной примеси в активном слое
|
0,8 |
|
|
0,7 |
|
|
0,6 |
|
A/B |
0,5 |
|
0,4 |
||
gm, |
||
0,3 |
||
|
0,2
0,1
0 |
|
|
|
|
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
Nd=7.95*10^23 м^-3
Nd=6.34*10^23 м^-3
Nd=4.2*10^23 м^-3
Uc,B
Рисунок 10 - Крутизна ВАХ ПТШ при различных концентрациях донорной
примеси в активном слое
Из рисунков 9-10 видно, что чем больше значение концентрации примеси тем ВАХ
тока принимает большие значения. Это можно объяснить тем, что под действием приложенного напряжения между истоком и стоком возникает канал, поле которого
ускоряет носители заряда. При увеличении концентрации легирующей примеси, большее
количество электронов попадут под ускоряющее действие поля канала. При этом
напряжение и ток отсечки канала (канал почти сомкнётся и транзистор перейдёт в режим
насыщения) также возрастут, т.к. чем больше примеси, тем больше свободных носителей
заряда, следовательно сопротивление канала уменьшается и растет ток.
Надлежащие изменения произойдут и на зависимости крутизны. Так как напряжение и ток насыщения возросли, то и насыщение крутизны ВАХ произойдёт позже. При этом наклон, определяющий скорость возрастания крутизны на линейном участке, практически не изменяет своей формы.
Глубина обедненной области в ПТШ при нулевом напряжении на стоке определяется по формуле:
2 0
= √ (к − з),
где – концентрация донорной примеси, к – контактная разность потенциалов, з – напряжение на затвроре. Глубина обеднения под затвором обратно пропорциональна корню из концентрации донорной примеси, поэтому при увеличении концентрации обедненная область будет меньше, а значит проводящая область будет больше, из-за чего ток при одном и том же значении потенциала на стоке будет больше.
Крутизна больше, при большей степени легирования полупроводника, так как ток стока становится более чувствительным к напряжению на затворе, так как оно действует на большее количество зарядов.
ВАХ
ОМИЧЕСКИЙ КОНТАКТ