Конструкция:
Рисунок 1 – Поперечное сечение МДП транзистора Полевой МДПТ – полупроводниковый прибор с тремя выводами: затвором, истоком, стоком и
изолирующим диэлектрическим слоем между затвором и полупроводником (металл-диэлектрик-
полупроводник – МДП структура). Основными параметрами транзистора являются: длина канала
L, ширина канала Z, толщина подзатворного диэлектрика d, уровень легирования подложки Na.
МДП ТРАНЗИСТОР Длина затовр должна быть не меньше длины н канала (расстояние между н+ областями )почему
по другому нельзя потому что затвор действует будет только на только на маленькую область пп
,и н+ области не соединяются КАК ЭТО ВСЕ РАБОТАЕТ
Подаём напряжение на затворе, в результате подачи Уз для н канального транзистора положительное напряжение, в результате этого электроны скапливаются в подзатворной области их концентрация достигает значительной величины в результате чего локально в этой область
(нканал) основным носителем заряда становятся электроны , а н канал соединяет две н+ области
(исток и сток) и становится возможным протекание Эл тока Таким образом передавая напряжение на сток мы сможем создать этот Эл ток и он будет нормально протекать
Напряжением на затворе мы можем контролировать размеры этого канала , соответственно управлять проводимостью н канала и управлять током
(Подача напряжения на стоке также позволяет управлять током)
Принцип работы:
Между затвором и истоком прикладывается плюсовое напряжение к затвору.
Между металлическим выводом затвора и подложкой появляется электрическое поле. Электрическое поле притягивает к приповерхностному слою диэлектрика свободные электроны, ранее распределенные в кремниевой подложке.
В приповерхностном слое появляется область проводимости (канал) n-типа, состоящая из свободных электронов. Между выводами стока и истока появляется «мост», проводящий электрический ток. Проводимость полевого транзистора регулируется величиной внешнего управляющего напряжения. При его снятии проводящий «мостик» исчезнет и прибор закроется.
МДП-транзистор с индуцированным (наведенным) каналом. Полевые транзисторы с изолированным затвором. В транзисторах этого типа затвор отделен от полупроводника слоем диэлектрика, в качестве которого в кремниевых приборах обычно используется двуокись кремния. Эти транзисторы обозначают аббревиатурой МОП (металл-окисел-полупроводник) и
МДП (металл-диэлектрик-полупроводник).В так называемых транзисторах со встроенным (собственным) каналом (транзистор обедненного типа) и до подачи
напряжения на затвор имеется канал, соединяющий исток и сток. В так называемых транзисторах с индуцированным каналом (транзистор обогащенного типа) указанный выше канал отсутствует.
Ход работы:
ПО ЛАБЕ
1)Исследование ВАХ МДПТ при изменении напряжения на затворе.
|
250 |
|
|
200 |
|
Ic,mA |
150 |
|
100 |
||
|
50
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Uc,B
При Uз=3,1В
При Uз=4,94В
При Uз=4,17В
Как видно из графиков, на характеристиках МДП-транзистора можно выделить две области: участок крутого нарастания тока стока Ic с увеличением напряжения Uс и пологий участок, на котором Ic меняется незначительно. Переход с одного участка выходной ВАХ на другой происходит при достижении граничного значения напряжения стока (происходит перекрытие канала т.е. насыщение). С
увеличением напряжения на затворе, граница, разделяющая крутую и пологую области, сдвигается в область больших напряжений сток-исток. Это происходит из-
за большей разностью потенциалов сток-затвор, которая требуется для перекрытия более широкого канала.
Пологие участки характеристик связаны с уменьшением толщины канала
около стока. Насыщение тока стока при фиксированном Uз связано с сужением
проводящего канала со стороны стока и с сокращением его длины при увеличении
Uc.
Из рисунка можно сделать вывод, что чем больше значения Uз, тем больше и
Ic. Объясняется это тем, что из-за увеличения напряжения затвора увеличивается
инверсная область, а от нее зависит ширина канала и, как следствие, ток насыщения.
ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЗАТВОРЕ НА ВАХ:
чем больше напряжение подано на затвор тем большАя область инвертирована , тем большая область концентрации носителей заряда неосновных э(электронов) преобладает над дырки и соответственно тем толще канал а раз так то ток
протекающий по такой структуре выше
Значит если канал толще у него проводимость больше соответственно и нарастание характеристики идёт быстрее (если канал толще нужно подать Большее напряжение на сток чтобы обеденная область наросла до такого размера чтобы произошла отсечка канала, т е чтобы зависимость вышла в насыщение) При бОльшем напряжении на затворе зависимость при низких значениях напряжения на стоке идёт более круто и насыщение начинается позднее.
ПОЧЕМУ НАСЫЩЕНИЕ Если в ме+ ппнаблюдаем обеденную область дырки будут уходить в
результате чего возникает обеденная область , обеднена она основными носителями, а ней останется ионизированная примесь , создастся некоторый объемный заряд (форма прямоугольника) областью полностью лишена дырок (свободных носителей заряда ) концентрация и объемный заряд в этой области определяется просто количеством примеси
СИЛЬНАЯ ИНВЕРСИЯ(((причины формирования канала )))
Если уровень Ферми выше середины запрошенной зоны , то концентрация основных носителей зарядов (дырок) становится ещё меньше , а концентрация не основанных носителей зарядов (электронов)становится настолько большой что они начинают быть основными носителями заряда , те концентрация электронов больше концентрации дырок в этой области (начиная от пересечения и к дэ электронов свободных больше дырок в этой области, в точке перечентя из поровну (линия соотвесвукт собственному ПП(те не легированный) В подзатворной области(вблизи Дэ) электронов становится больше
Отмечают значение разности потенциалов между ПП и металлом особенность : уровень Ферми в проводнике п типа находится ниже на энергию
ку*фи0, а уровень Ферми в подзатворной области вблизи Дэ находится уже выше чем середина хз на ту же величину куфи0
ТАКЛЕ СОСТОЯНИЕ НАЗВВАЕТСЯ СОСТОЯНИЕМ СИЛЬНОЙ ИНВЕРСИИ (те в условии сильной инверсии концентрация электронов в области под Дэ становится равна концентрации дырок в области которая вдали от Дэ в глубине ПП там где падения напряжения уже не происходит )
Куфи0( некое значение полученное при легировании???) Заряд ку0 описывается ионизированной примесью (акцепторной)
(((Инверсный заряд существует до линии перечентя , до момента когда носители не основные для пп начинают играют главную роль)))
Пуаслапл УСЛОВИЕ СИЛЬНОЙ ИНВЕРСИИ
КОНЦЕНТРАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В КАНАЛЕ (ЭЛЕКТРОНОВ) РАВНА КОНЦЕНТРАЦИИ НОСИТЕЛЕЙ (ДЫРОК) В П ОБЛАСТИ ТРАНЗИСТОРА !!!!!
электронный нейтральность это для одной и той же точек, т е сравниваем концентрацию дырок и электронов в одном и том же слое (точке)
Для инверсии сравниваем в разных точек (под затвором и в глубине ПП) Пороговое напряжениенапряжение при котором возникает сильная
инверсия !!!
2) Исследование ВАХ МДПТ при различных значениях толщины
подзатворного слоя.
|
160 |
|
|
140 |
|
|
120 |
|
Ic,mA |
100 |
|
80 |
||
|
||
|
60 |
40
20 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
d=3,68 мкм
d=1,91 мкм 
d=2,5 мкм
Uc,B
Из рисунка следует, что при уменьшении толщины подзатворного слоя I
заметно растет при одинаковых значениях напряжений Uc, а режим насыщения
будет наступать позже. Это можно связать с уменьшением удельной емкостью
диэлектрика = при увеличении толщины подзатворного слоя, а значит и
большее напряжение будет падать. Как следствие увеличивается пороговое напряжение:
, где
-контактная разность металл затвора-
полупроводник (q - заряд электрона, εG - ширина запрещенной зоны полупроводника подложки);
0 = (kT 
q) ln(N A 
ni ) - положение уровня Ферми относительно середины запрещенной зоны (Na - концентрация акцепторной примеси в полупроводнике);
Usub - потенциал подложки;
- удельный заряд обедненной области полупроводника с учетом смещения на подложке;
- удельный поверхностный заряд в диэлектрике.
Отсюда, снижение тока стока и напряжения насыщения:
, где
µn - подвижность электронов в канале, Z - ширина канала, Ci - удельная емкость, L
-длина канала, Uc - напряжение на стоке, Uз - напряжение на затворе.
3)Исследование ВАХ МДПТ при различных значениях концентрации примеси в активном слое.
|
160 |
|
|
140 |
|
|
120 |
|
Ic,mA |
100 |
|
80 |
||
|
||
|
60 |
40
20 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
Uc,B
Na=3*10^17 см-3
Na=4*10^17 см-3 
Na=6*10^17 см-3
На рисунке заметно, что при уменьшении концентрации примесей в активном слое Ic заметно растет при одинаковых значениях напряжений Uc, а
режим насыщения наступит позже. Из формулы видно, что при увеличении концентрации примесей, растет и потенциал:
А также увеличивается и удельный заряд обедненной области:
Как следствие увеличивается пороговое напряжение:
Отсюда, снижение тока стока и напряжения насыщения:
ВООБЩЕМ ПО ТРАНЗИСТОРАМ
hemt
Транзистор с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ, HEMT) — полевой транзистор, в котором для создания канала используется контакт двух полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны (вместо легированной области как у обычных МОПтранзисторов).
ПТШ
A – полная глубина канала
Полевой транзистор (металл-полупроводник) или ПТШ (полевой транзистор с затвором Шотки) имеет в своей структуре вместо полупроводника кремния – арсенид галлия, что позволяет в несколько раз увеличить быстродействие при использовании его в информационных передающих устройствах (рис. 13).