Твердотельные приборы и устройства

Если теперь подставить (5.79) в (5.71), то получим формулу, описывающую вольтамперную характеристику в линейной области:

Если учесть изменение величины Qn (y) , описываемое выражением (5.76), то вместо формулы (5.80) получить более точное равенство.

Режим насыщения

Равенство Ic = Icнас означает появление точки отсечки канала (рис. 5.10 и

Наконец, подставив выражение (5.82) в формулу (5.80), находим ток насыщения:

102

Параметры эквивалентной схемы в динамическом режиме

Параметрами рассматриваемого прибора в динамическом режиме являются выходная проводимость gc и крутизна стокозатворной характеристики S. В линейном режиме

Если к напряжениям U3 и Uc добавляются напряжения сигналов с малыми амплитудами, то можно считать, что связь между током I и напряжением U малого сигнала остается линейной и определяется малосигнальными параметрами. Работу МОП-транзистора на низких частотах можно описать эквивалентной схемой (рис. 5.12) .

Рис. 5.12. Малосигнальная эквивалентная схема МОП транзистора на низких частотах

5.5. Реальный МОПтранзистор

Рассмотрим принципиальные различия между идеальным реальным МОП-транзистором.

Выходное сопротивление в режиме насыщения

Всоответствии с формулой (5.85) проводимость в данном режиме gc=0,

т.е. выходное сопротивление прибора неограниченно велико. Это не совсем

так, поскольку при Uc > Uснас наличие точки отсечки канала обеспечивает равенство Uснас = const; в то же время эта точка смещается на малый отрезок

103

длиной l по направлению к истоку. Сокращение длины канала L приводит к

Выходная вольтамперная характеристика прибора в области насыщения, т.е. при Uc > UCнас, имеет некоторый наклон из-за роста тока Iс при увеличении

Ic S U3

(5.89)

Однако можно указать отрезок времени такой длительности t0, при которой ток за это время остается постоянным; при этом заряд в канале увеличивается на величину Qn. Следовательно,

имеющую порядок 108 Гц. Для повышения граничной частоты следует увеличивать параметр μn и уменьшать длину канала L. Так как μn> μp , то в современных ИС предпочитают использовать приборы с каналом n-типа, а не p-типа. Это в равной мере относится как к обогащенному, так и к обедненному режимам.

Ограничения, связанные с электрическим пробоем

Предельные режимы работы МОП-транзистора характеризуются тем, что напряженность внутреннего электрического поля в обедненных областях переходов исток-подложка и сток-подложка достигает 40—60 В/мкм. При такой напряженности поля происходит лавинное размножение носителей (см. рис. 5.10 и 5.11), в результате которого эти р-n-переходы могут разрушаться.

5.6. Полевой транзистор с управляющим p-n- переходом

Полевой транзистор с управляющим р-n-переходом имеет меньшее входное сопротивление по сравнению с МОП-транзистором. Однако оно все же больше, чем входное сопротивление биполярного транзистора. При правильном проектировании такие транзисторы должны иметь параметры,

105

где U0=UTln(NaNd/n2i)

Рис 5.14. Поперечный разрез полевого транзистора

с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа при различных напряжений

UС не достигнет значения, выше которого ток Iс остается постоянным. Физически это означает, что канал переходит в режим отсечки.

Чем больше значение |UС|, тем меньше сказывается влияние смещения,

поданного на п+-р-перехода, и, как следствие, тем толще канал. Если Uc>UCнас, то канал перекрывается в точке расположенной перед стоком. Ток стока

остается постоянным, так как все носители, инжектированные в проводящую область, достигают стока, не испытывая рекомбинации.

110

Диапазон рабочих частот реального полевого транзистора ограничен максимальной частотой

сокращать длину канала L и использовать каналы n-типа.

Реальному транзистору свойственны ограничения, связанные с лавинным пробоем за счет токов утечки затвора, тепловым пробоем из-за выделения теплоты в канале, а также с пробоем под действием процессов генерациирекомбинации, обусловленных поверхностными явлениями.

5.7.Полевой транзистор с управляющим переходом металл - полупроводник

Такой транзистор по принципу действия напоминает полевой транзистор с управляющим р-п-переходом. Однако здесь затвором служит не p-n-переход, а выпрямляющий контакт металлполупроводник. Полевые транзисторы создают на основе сложных полупроводников n-типа (группы III—V), подобных арсениду галлия GaAs. Здесь высокая подвижность электронов позволяет свести к минимуму последовательное сопротивление и увеличить граничную частоту.

Здесь Uo- контактная разность потенциалов в затворном переходе, достаточная для создания обедненного режима в канале; Uотс - напряжение отсечки канала. Можно показать, что для полевого транзистора с управляющим p-n-переходом