Или не строится таким образом, что переключающие должны быть параллельны, а нагрузочные должны быть последовательны. Переключающие (н-канальные) имеют на подложке ноль, а нагрузочные (п- канальные) имеют напряжение питания. Это для того чтобы выровнять пороговое напряжение.
28. Базовый элемент современных ИС - МДП транзисторов с индуцированным каналом: ток насыщения, крутизна, быстродействие 34. Базовый элемент современных ИС - МДП транзисторов с индуцированным каналом:
пороговое напряжение, электрическая прочность.
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 затвора 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)
Ток насыщения
В линейной области вах канал имеет такую форму: при малых значениях напряжений на стоке. По мере роста пн переход (зелено-красный н+ обла где)
При подаче на сток полож напряжения обычно заземленная подложка превращает этот пн переход в обратно смещенный т.е. н область смещается в положительную сторону (+потенциал) р область к подложке ТК тут нулевой потенциал Обратно смещенный пн переход при увеличении разности потенциалов на нем происходит следующее:
его обеденная область начинает расти (голубая часть ) в результате чего она начинает отжимать зелёный канал из за этого характеристика перестает быть линейной и начинается загиб, в момент когда размеры обеденной области станут такими что вблизи стока канал сжимается до минимально возможного возникнет отсечка и запросили выйдет в насыщение после этого изменений тока с ростом напряжения на стоке происходить не будет.
Что происходит, когда зависимость приходит в насыщение: разность потенциалов, которая возникает при здесь
За счёт приложение напряжения на сток и напряжение на стоке настолько велико что толщина канала в этой области становится нулевой, нулевая толщина канала становится, когда напряжение на затворе полностью компенсируется пороговым уз=упор У стока насыщение=уз-упороговое
КРУТИЗНА Управлять крутизной те изменять эффективность управления транзистором в области до напряжения
насыщения мы можем, в после эффективность управления уже больше не меняется с ростом напряжения на стоке
Быстродействие МДП-транзистор - это прибор, управляемый напряжением. Потребление тока в цепи затвора
отсутствует. Быстродействие транзистора ограничено временем пролета носителей вдоль канала и временем перезаряда емкостей.
Для увеличения быстродействия транзисторов кремний легируется золотом, однако при этом снижается время жизни неосновных носителей т, уменьшается коэффициент усиления р и увеличивается обратный ток / кобр - Наиболее эффективным конструктивным способом повышения быстродействия транзисторов является использование диодов Шоттки, шунтирующих коллекторный переход. Транзистор такого типа называется транзистором Шоттки.
Пороговое напряжениенапряжение при котором возникает сильная инверсия !!!
Пороговым напряжением МОП-транзистора называется такое напряжение на затворе относительно истока, при котором поверхностный потенциал под затвором достигает величины удвоенного потенциала Ферми (рис. 2). При этом концентрация не основных носителей в канале становится равной концентрации легирующей примеси
Пороговое напряжение МДП-транзистора с индуцированным каналом — это такое напряжение на затворе относительно истока, при котором в канале появляется заметный ток стока и выполняется условие начала сильной инверсии, т.е. поверхностная концентрация неосновных носителей заряда в полупроводнике под затвором становится равной концентрации примесей (Неосновные носители заряда - в полупроводниках - носители заряда, концентрация которых не определяет тип проводимости.)
от чего зависит электрическая прочность планарного МДП Электрическая прочность — также диэлектрическая прочность — характеристика диэлектрика,
минимальная напряжённость электрического поля, при которой наступает электрический пробой. (В/см). Электрическая прочность – это минимальная напряженность однородного электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика.
Eпр=Uпр/d,
где Eпр, В/м; Uпр - пробивное напряжение, В; d - толщина диэлектрика, м.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МДП: 1) пробой подзатворного д/э
Как только мы подаем огромное напряжение на затвор разность потенциалов становится слишком большой и поле в Д/э становится больше чем поле электрического пробоя и просто пробивает этот д/э, раз он пробился из затвора начинает течь П/П ток в этом ничего хорошего транзистор перестает работать, в худшем случае вы перестаньте управлять за счёт того что у вас Д/э пробит и его проводимость стала в общем слишком хорошей чтоб было нормальное управление канала , в лучшем случае просто снизятся характеристики транзистора, либо пороговое поплывет либо эффективность управления ( в общем не стоит подавать большое напряжение на затвор)
2) пробой обратносмещенного пн перехода Если подаем на сток очень большой потенциал, то обеденная область начинает расти, (но если вспомнить энергетическую диаграмму пн перехода то,
Слева н тип справа п тип Есть электроны при чем за счёт того, что напряжение на стоке достаточно высокое электроны, которые
находятся (где н-тип) имеют очень большую энергию и соответственно их большая энергия позволяет сквозануть через переход и вы получаете туннельный пробой Посути через п-н переход начинает течь ток потому что напряжение подложки равно 0 (справа) а у стока много больше нуля
По сути, у нас достаточно большое поле и через тонкий слой электроны спокойно туннелируют у нас туннельный пробой 3) смыкание обедненных областей истока и стока
Подано на сток некоторое напряжение поэтому обеденная область под стоком больше, чем под истоком. По мере того, как мы начинаем подавать, все большее напряжение обеденная область растет. Допустим несмотря на то, что оо достаточно большая для пробоя, для вот этого обратно смещенного пн перехода, напряжения недостаточно. Это бывает, когда у нас короткоканальный транзистор. И обеденная область начинает касаться обеденной области истока.
Если смотреть на энергетическую диаграмму, то в случае относительно небольшого напряжения на стоке у нас есть потенциальный барьер, область, где п тип проводимости и дальше изгиб зоны и н+область
Электроны отсюда сюда попасть не могут (стрелочка) и барьер достаточно толстый и энергетические затраты на переход большие. Далее (зеркально) также барьер чтоб перескочить
Если напряжение очень большое, то получается барьер очень маленький. При этом если электроны проскакивают их н+области сюда (стрелка)
Попадают в обеденные области под действием настолько огромного потенциала, (электроны стремятся же к минимуму энергии) что электронная несутся по этому склону диагр вниз к стоку И внизу, по сути, тоже нет никакого барьера для этих электронов, в результате этого они несутся с
огромной энергией на сток, и мы не можем этот ток контролировать. На склоне происходит значительное увеличение тока исток сток и при этом полностью перестаём контролировать его напряжением на затворе потому как, по сути, ток вызывается просто преодолением небольшого потенциального барьера на границе н+п области и дальше по обеденной области этот электрон несётся с огромной энергией на сток и направление на затворе ничего не может с этим сделать.
ПОЧЕМУ ЭТА ПРОБЛЕМА ВОЗНИКАКТ Из-за того, что мы хотим сделать быстро работающий транзистор. Быстро работающий транзистор складывается его быстрота из:
1)быстрая скорость перезарядки конденсатора (по сути, слой Д/э)
2)быстрая пробегание электронов
Потому что даже если вы Дэ будет перезаряжать быстро. То медленно идущие электроны по каналу могут не успевать добегать до стока чтобы передать соответствующий сигнал (бегущий импульс)
И для этого расстояние между стоком и истоком делаю очень маленьким чтобы электроны бежали совсем чуть-чуть. Из-за этого даже небольшое напряжение на стоке будет приводить к смыканию. Поэтому именно короткоканальное приближение все портит. ??
