4.4. Основные параметры мдп-транзисторов

1.Удельная емкость затвор-полупроводник - определяет степень модуляции проводимости канала

C₀=. (4.4.1)

2.Пороговое напряжение:

U_П=U_ПЗ+U₀, (4.4.2)

где U_ПЗ- напряжение плоских зон;

U₀- напряжение изгиба зон.

3.Крутизна: S=. (4.4.3)

4.Внутреннее сопротивление

R_C=. (4.4.4)

5.Коэффициент усиления

K=. (4.4.5)

K=SR_CK=50-200. (4.4.6)

Рис. 4.6

Рис. 4.7

4.5. МДП-транзисторы

Комплементарные МДП-транзисторы.

В комплементарных МДП ИС (КМОП) на одном кристалле изготавливаются МДП-транзисторы с n- иp-каналами. Для этого один из транзисторов делают в специальном кармане. В структуре, показанной на рис. 4.8 , используется р-карман, в котором формируетсяn-канальный транзистор.

Рис. 4.8

МДП-транзисторы, получаемые методом двойной диффузии.

Структура такого МДП-транзистора аналогична структуре n-p-nтранзистора рис. 4.9. Отличие в том, чтоn⁺слой, выполняющий роль истока, имеет почти такую же площадь, что и р-слой канала. Для этого диффузию донорной примеси дляn⁺слоя проводят через то же самое окно в окисле, через которое проводили диффузию акцепторной примеси для р-слоя. Это позволяет получить толщину р-слоя, которая близка к длине канала около 1 мкм и менее, что обеспечивает граничную частоту усиления ~30 ГГц.

Рис. 4.9

4.6. Полевые транзисторы с управляющим

p-n-переходом

Структура такого транзистора показана на рис. 4.10. На подложке p-типа формируется эпитаксиальный n-слой, в котором методами диффузии создаются области истока, стока n⁺-типа и затвора p+-типа. Управляющий p-n-переход образуют области p+ и n. Токопроводящим каналом является эпитаксиальный слой n-типа расположенный между затвором и подложкой. При работе транзистора управляючий p-n-переход должен быть включен в обратном направлении.

Глубина обедненного слоя управляющего p-n-перехода тем больше, чем больше обратное напряжение на затворе. Толщина канала будет также соответственно меньше. Следовательно с изменением обратного напряжения будет меняться поперечное сечение канала, а следовательно и его сопротивление. При наличии напряжения между стоком и истоком изменяя обратное напряжение на затворе можно управлять выходным током транзистора.

Входным током транзистора является обратный ток p-n-перехода, составляющий для кремниевых приборов 10^-9-10^-11А.

На сток транзистора подается положительное напряжение. P-n-переход между эпитаксиальным n-слоем и подложкой включается в обратном направлении, поэтому к подложке прикладывается отрицательное относительно истока напряжение. Иногда подложка используется в качестве второго затвора. В некоторых транзисторах подложка соединяется с затвором и не имеет отдельного вывода.

Статические выходные и передаточные характеристики полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом показаны на рис. 4.11 и 4.12.

Выходные характеристики имеют участок насыщения тока, связанный как и у МДП-транзисторов с образованием "горловины" канала вблизи стока.

Напряжением отсечки полевого транзистора с управляющим p-n-переходом называется напряжение на затворе, при котором практически полностью перекрывается канал и ток стока стремится к нулю.

Структура полевого транзистора с управляющим p-nпереходом и каналомp-типа показана на рис.4.13. Она совпадает со структуройn-p-nтранзистора, изготовленного по планарно-эпитаксиальной технологии. Каналом является базовыйp-слой, расположенный между эпитаксиальнымn^-слоем иn⁺слоем.

Если полевой транзистор изготавливать по технологии n-p-nтранзистора, то толщина канала будет равна толщине базы (0,51 мкм), что обуславливает большой разброс параметров транзисторов и малое пробивное напряжение.

Поэтому, часто проводят дополнительную предварительную диффузию отдельно от диффузионного базового р-слоя, которая позволяет получать толщину канала 12 мкм.

Рис. 4.10

Рис. 4.11

Рис. 4.12

n⁺- слой образует «верхний» затвор, эпитаксиальныйn^-- слой «нижний» затвор, часто их соединяют вместе.

Рис. 4.13

Полевые транзисторы, изготавливаемые совместно с биполярными транзисторами. Рассмотрим типичные структуры полевых транзисторов с управляющимp-nпереходом, расположенным в изолированных карманах полевого транзистора с каналомn-типа.

В структуре, показанной на рис.4.14 р-слой затвора образуется на этапе базовой диффузии. Р-слой затвора окружает со всех сторон область стока n⁺.n⁺-слой областей истока и стока, обеспечивающие омические невыпрямляющие контакты, формируются на этапе эмиттерной диффузии. Каналом является эпитаксиальныйn-слой, расположенный между областями затвора р-типа и скрытым р⁺-слоем. Скрытый р⁺-слой предназначен для уменьшения толщины канала

Рис. 4.14